[发明专利]基于BDS和UWSNs的数据交换系统

说明书

技术领域

本发明涉及水下无线传感网络（UnderwaterWirelessSensorNetworks,简称UWSNs）与北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem,简称BDS）的数据交换，属于多网络信息数据融合交换应用领域，具体是基于BDS和UWSNs的数据交换系统。

背景技术

中国是陆地大国，同时也是一个海洋大国，海洋面积居世界前列。一方面，我国的海上石油、天然气资源，潮汐能/风能资源，渔业资源等海洋资源丰富；另一方面，海洋安全是国家安全的重要组成部分与重要保证。因此，有效地开发和保护海洋资源、维护海洋安全具有很高的经济价值和战略意义。

在众多新兴的海洋科技领域中，UWSNs因近年来在水体污染监控、水下资源勘探、海洋地理气象数据收集、地震/海啸灾难预防、国防安全领域等方面的应用受到日益广泛的关注。例如，在海洋地理数据收集方面，UWSNs网络利用水面、水下布放的传感器，协作采集三维海洋地理数据。因此，该技术对沿海地区水文气象数据采集，灾害灾难预报方面有着重要意义。

然而，在远海海上缺乏无线通信运营商的信号覆盖，迫切需要有效的海上通信手段。现在的海洋通信一般使用甚高频（VeryHighFrequency,简称VHF）电台，支持单工和双工通信。其存在最大的问题是通信距离有限，通常<30km，对于浩瀚的海洋来说，覆盖范围远远不足，且无法有效的进行海上数据通信。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于BDS和UWSNs的数据交换系统。这种系统能克服水下无线传感网络远距离通信能力的不足，能实现有效网络采集数据的中继传输，能实现水下无线传感器网络数据的远距离传输。

实现本发明目的的技术方案是：

基于BDS和UWSNs的数据交换系统，包括

核心控制模块，用于实现整个系统任务的全局处理、数据交换、资源管理；

北斗数据收发模块，用于与北斗卫星系统、水下无线传感网络进行数据交换，同时，北斗数据收发模块接收到的指令、业务要求经过水下无线传感器通信模块转发给区域内的传感器节点；

水下无线网络通信模块，接收来自传感器节点的感知数据，并交由核心控制模块处理，最终接入北斗网络；

协议栈转换模块，对来自水下传感器网络传输的数据，逐层格式转换、数据封装与解析；

所述核心控制模块与北斗数据收发模块、水下无线网络通信模块、协议栈转换模块连接。

包括外部存储模块，所述的外部存储模块为双倍速率同步动态随机存储器，对水下传感数据、定位信息、北斗数据收发模块接收的指令信息进行缓存，通过缓存降低UWSNs与BDS不同网络之间载波频率、数据量、传输速率、网络带宽等差异的影响；所述外部存储模块与核心控制模块连接。

包括能量供应模块，所述能量供应模块用于给系统各模块提供所需电源；所述能量供应模块包括顺序连接的太阳能电池板、充/放电电路、蓄电池和输出稳压电路，设有反馈电路与充/放电电路、蓄电池连接。

所述的核心控制模块包括智能芯片ARM11和与其电连接的万年历时钟电路、自启动晶振电路、数据和地址总线接口电路；

包括与ARM11电连接的液晶显示电路。

所述的北斗数据收发模块包括第一DSP处理器和与其连接的发射电路、接收电路和串行控制接口电路，发射电路、接收电路与圆极型全向天线连接。

所述的水下无线网络通信模块包括第二DSP处理器和与其连接的信号发生器、模数转换模块，信号发生器、模数转换模块与全向天线连接。

信号发生器通过发射端放大电路与全向天线连接。

模数转换模块通过接收端放大电路与全向天线连接。

这种系统的数据发送方式如下：水下无线网络通信模块接收来自水下传感器节点的感知数据，通过核心控制模块将数据缓存到外部存储模块，接着核心控制模块将外部存储模块存储的数据转发给协议栈转换模块，协议栈转换模块把数据帧转换成北斗卫星系统的数据帧通信格式，再通过核心控制模块将采集数据转发给北斗数据收发模块进行发送；

这种系统的数据接收方式如下：北斗数据收发模块接收来自北斗卫星系统的控制命令，通过核心控制模块将控制命令的数据包缓存到外部存储模块，接着核心控制模块将外部存储模块存储的控制命令数据包转发给议栈转换模块，议栈转换模块把北斗卫星系统的控制命令数据帧转换成水下无线网络通信系统的数据帧通信格式，再通过核心控制模块将控制命令转发给水下无线网络通信模块执行相应的任务。