[发明专利]基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关及通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据交换技术，尤其是涉及一种基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关及通信方法。

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，水下无线传感器网络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，水下无线传感器网络利用水面、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(Very High Frequency，简称VHF)电台，支持单工和双工通信。但是，VHF电台存在最大的问题是通信距离有限，最大通信距离一般不超过30千米，对于浩瀚的海洋来说，通信信号的覆盖范围远远不足，且无法有效的进行海上数据通信。

发明内容

为了解决水下无线传感网络远距离通信能力不足的缺陷，本发明提出一种基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关，这种网关兼具卫星通信能力和水下声通信能力，实现水下无线传感器网络数据与岸基信息数据的远距离有效交换。

一种基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关，该网关包括：

北斗数据收发模块，用于接收北斗导航系统下发的控制命令，并将来自水下无线传感器网络的感知数据按预设格式的数据包分包发送给北斗导航系统；

网络协议栈转换模块，用于在北斗导航系统协议栈与水下无线传感器网络协议栈之间的相互转换处理，将控制命令转换成水下无线传感器网络的数据帧通信格式，将感知数据转换成北斗导航系统的数据帧通信格式；

通信模块，用于与水下无线传感器网络进行通信；

核心控制模块，用于控制北斗数据收发模块、网络协议栈转换模块及通信模块的工作，将控制命令转发给水下无线传感器网络，以及将感知数据发送给北斗导航系统。

预设格式的数据包是由包头、分包编号、总分包数量、起始包标记、结束包标记及数据这6部分组成。

网络服务管理模块包括：网络连接管理单元；与网络连接管理单元相连的网络资源管理单元、异构网络调度单元及异构网络自适应单元。

北斗数据收发模块包括相连的北斗导航系统接口、网络接口控制器和数据压缩处理器，由数据压缩处理器对数值预报产品数据采用Huffman算法压缩处理、对ASCII码的保障数据采用LZW算法进行压缩处理。

该网关还包括：设置在北斗数据收发模块与网络协议栈转换模块之间的网络服务管理模块，用于优化网关的网络资源，确保网关能够与北斗导航系统之间进行通信。

网络服务管理模块包括：网络连接管理单元；与网络连接管理单元相连的网络资源管理单元、异构网络调度单元及异构网络自适应单元。

相应的，本发明还公开一种基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关的通信方法，该通信方法包括数据发送的处理与数据接收的处理；

其中，数据发送的处理包括：由通信模块接收来自水下传感器网络节点的感知数据，由网络协议栈转换模块将感知数据转换成北斗导航系统的数据帧通信格式，并由北斗数据收发模块按预设格式的数据包将感知数据分包发送给北斗导航系统；

其中，数据接收的处理包括：由北斗数据收发模块接收来自北斗导航系统的控制命令，由网络协议栈转换模块将北斗导航系统的控制命令数据帧转换成水下无线传感器网络的数据帧通信格式，再由通信模块将控制命令转发给水下无线传感器网络。

所述基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关的通信方法还包括优化网关的网络资源配置以确保网关能够与北斗导航系统之间进行通信的步骤。

所述基于北斗导航系统的水下无线传感器网络网关的通信方法还包括：在北斗数据收发模块对感知数据分包处理之前，还包括对数据进行压缩处理的步骤，该压缩处理包括对数值预报产品数据采用Huffman算法压缩处理、对ASCII码的保障数据采用LZW算法进行压缩处理。