[发明专利]具备休眠唤醒功能的水声通信容延容断网络系统及方法

权利要求书

1.一种具备休眠唤醒功能的水声通信容延容断网络系统，包括多个通信节点，每个节点包括一个水声通信收发机；其特征是，水声通信收发机包括信号接收声基阵、信号发送声基阵、电池模块、微弱信号接收电路、信号采集处理电路、功率放大电路和休眠唤醒控制电路；电池模块分别连接微弱信号接收电路、信号采集处理电路、功率放大电路和休眠唤醒控制电路；信号接收声基阵分别连接微弱信号接收电路和休眠唤醒控制电路；微弱信号接收电路连接信号采集处理电路，信号采集处理电路连接功率放大电路；功率放大电路连接信号发送声基阵；信号采集处理电路分别连接休眠唤醒控制电路和上位机；

微弱信号接收电路包括依次连接的差分转单端放大器、第一前置放大器、一级带通滤波器、程控放大器、二级带通滤波器、第一电压跟随器和第一隔离音频变压器；差分转单端放大器连接信号接收声基阵；

信号采集处理电路包括FPGA，与FPGA连接的ARM，FPGA还连接有模数转换器和数模转换器，与模数转换器连接的模数转换驱动电路，与数模转换器连接的第二电压跟随器；ARM连接有流水灯、RTC实时时钟和RS232串口通信单元，以及复位电路、存储电路和RS485串口通信单元；模数转换驱动电路与第一隔离音频变压器连接，第二电压跟随器与功率放大电路连接，RS485串口通信与上位机连接，ARM连接休眠唤醒控制电路；

功率放大电路包括依次连接的第二隔离音频变压器、比较器、驱动电路、全桥功放电路和阻抗匹配电路，比较器连接有三角波发生器和第二隔离音频变压器；第二隔离音频变压器与信号采集处理电路连接；阻抗匹配电路连接信号发送声基阵；

休眠唤醒控制电路包括依次连接的第三隔离音频变压器、第二前置放大器、MSP430和继电器；继电器连接电池模块，第三隔离音频变压器连接信号接收声基阵，MSP430与信号采集处理电路连接；当节点处于休眠状态时，若MSP430检测到唤醒信号，则控制继电器闭合，将电池组直流电送入系统；当节点处于工作状态时，若需要转入休眠状态，则由ARM产生指令信号通知MSP430，MSP430产生控制信号断开继电器，停止对除MSP430以外的系统供电；

电池模块包括24V电池组，24V电池组连接的继电器，通过隔离结构连接的第二24V转5V隔离稳压电源，继电器输出端的系统24V直流电分别通过隔离结构连接的24V转15V隔离稳压电源和第一24V转5V隔离稳压电源，第一24V转5V隔离稳压电源分别通过隔离结构连接的5V转正负5V隔离稳压电源和5V转5V隔离稳压电源，第一24V转5V隔离稳压电源连接的5V转3.3V线性稳压电源，5V转2.5V线性稳压电源，5V转正负5V隔离稳压电源连接的正负5V转正负3.3V线性稳压电源，第二24V转5V隔离稳压电源连接的5V转3.3V线性稳压电源；24V转15V隔离稳压电源、5V转5V隔离稳压电源均连接功率放大电路；正负5V转正负3.3V线性稳压电源连接微弱信号接收电路；5V转3.3V线性稳压电源，5V转2.5V线性稳压电源连接信号采集处理电路；5V转3.3V线性稳压电源连接休眠唤醒控制电路。

2.如权利要求1所述的具备休眠唤醒功能的水声通信容延容断网络系统，其特征是，FPGA发送过程包括UART数据接收、ARM指令解析、RS编码、交织、FSK调制；接收过程包括信号同步、双路包络检波、判决反馈均衡、解交织、RS解码、UART数据发送；FPGA还用于模数转换和数模转换的驱动控制以及微弱信号接收电路中程控放大器的增益控制。

3.如权利要求1所述的具备休眠唤醒功能的水声通信容延容断网络系统，其特征是，ARM内部网络协议结构包括网络层中的Bundle机制，用于在通信链路不可靠的情况下网络中临时保管一份数据，等待链路重新连接时再次发送数据，避免重传；采用TDMA协议作为MAC层协议；网络层包括应用层、Bundle层、路由层和媒体接入层；路由层用于数据包的转发，采用静态路由表实现；Bundle层用于数据的保管以及确认，并以文件的形式存储数据包。

4.如权利要求1-3任意一项所述具备休眠唤醒功能的水声通信容延容断网络系统容延容断的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

S1.初始化阶段，整个系统建立静态路由表，之后定期更新该路由表；

S2.通过Bundle层保管、确认数据，并以文件的形式存储数据包；

S3.发送过程：

首先查询应用层发送队列是否为空，若为空则销毁线程；否则，取出队头数据包进行Bundle和路由层的封装，将该Bundle包存储到Bundle保管文件中，再查询路由表获得下一跳节点的MAC地址，将该地址和数据包插入到网络层发送队列中等待MAC层进行处理；

同时，启动定时器线程，在定时时间到来之前，收到接收节点的回复则销毁该线程；否则根据最大重发次数从Bundle保管文件中提取该数据，并再次查询路由表进行发送，如果超过了最大重传次数，则从Bundle文件中删除该条数据，并通知应用层数据发送失败；

S3.接收过程：

接收到MAC层的数据包之后，首先进行路由层解封装；

再根据包中的目的IP地址是否为自己的IP地址或者广播地址确定是否转发，如果不是，则进行转发，对Bundle层解封装，回复一个保管文件数据包给发送节点，将数据插入应用层发送队列；

若是，则进行Bundle层解封装，同时回复一个保管文件数据包给发送节点；

若节点接收到的包的目的IP地址是自己的IP地址或者广播地址，则判断是保管文件数据包还是单纯数据包；

如果是保管文件数据包，则从Bundle保管文件中删除相应的Bundle记录，并发送消息通知重传定时器，线程不再定时重传；

如果是单纯数据包，则回复一个保管文件数据包给发送节点，再根据数据包中的端口号查询当前接收队列组中是否存在相应的接收队列，如果存在就发送到相应的接收队列中，否则创建相应的接收线程进行处理。