[发明专利]一种水下传感器及定位系统

说明书

本公开提供了一种水下传感器及定位系统。其中，一种水下传感器，包括ReRAM和控制器，所述控制器与ReRAM相连；所述ReRAM包括内存模块和欧几里得度量模块；所述内存模块用于缓存输入数据；所述欧几里得度量模块包括若干个并行度量模块，每个并行度量模块包括加法计算模块、开方计算模块和若干个并行计算模块；所述并行计算模块包括第一减法运算阵列和第一乘法运算阵列；所述并行计算模块用于并行计算欧几里得度量公式中的每个加数；所述加法计算模块用于完成对并行计算模块各单元运算结果的求和过程，并将结果作为开方计算模块的输入数据。

技术领域

本公开属于水下网络通信领域，尤其涉及一种水下传感器及定位系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

人工智能随科技的发展已经渗入社会生态的各个领域，防控海洋生态污染、保护海洋环境、发展海洋经济是当前发展国家战略之一。智慧海洋成为现阶段维护海洋环境、监测海洋状态的重要发展方向。为了更好的监测海洋环境指标(如藻类分布等)，基于海量异构数据的智慧海洋实时监控平台的设计与应用尤为重要。智慧海洋监控平台是以完善的海洋信息采集与传输体系为基础，以构建自主安全可控的海洋云环境为支撑，结合工业大数据和互联网大数据技术，实现海洋资源共享、海洋环境监测、海洋分析系统功能体系化，以达到智慧海洋的目的。

在整个智慧海洋监测平台中，水下通信网络是海洋数据采集与提取的重要组成部分，支撑着整个水下自组网络的构建以及通信信息的汇聚，而水下自定位技术是水下通讯网络技术之一。水下自定位技术可用于标识、监测数据源的位置、网络拓扑的管理、基于节点位置的路由协议等，是水下通讯网络进行监测和定位的基本，也是水下通信网络发展的研究重点之一。在水下设备自定位技术基础之上，衍生了很多定位方式，如声波定位、非同步信标定位、基线定位等，这些定位技术在进行设备距离定位与计算时都不同程度地应用了欧几里得度量算法(euclidean metric)。欧几里得度量(也称欧氏距离)是一个通常采用的距离定义，指在m维空间中两个点之间的真实距离，或者向量的自然长度(即该点到原点的距离)。在二维和三维空间中的欧氏距离就是两点之间的实际距离。欧几里得度量在水下设备自定位系统中应用范围广泛，是一个很好的技术计算应用。

发明人发现，在水下自定位过程中，水下传感及通讯设备易因水流涌动而频繁发生位置改变，因此，(1)一般水下定位系统会周期性循环发出定位信号，实时计算并更新传感设备的位置信息，以完成自组网络的动态构建和实时信息传递。在这个过程中，需要频繁应用欧式距离的计算。(2)由于节点众多，在进行相互间距离判定时往往需要节点同时计算其与多个其他节点的距离，而传统的串行执行方法无法保证计算的实时性，并行性不足。由此可见，在水下定位过程中欧式距离被频繁计算，且计算速度及实时性要求较高，所占功耗相对较大。而水下传感设备一般为低功耗嵌入式设备，长期置于海底深处，设备设计需降低能量消耗以延长其使用寿命。

发明内容

本公开的一个方面，提供一种水下传感器，其利用ReRAM的存算一体架构，能够减少CPU与内存之间的数据移动开销，大大降低水下定位设别的计算时延及工作能耗。

本公开的一种水下传感器的技术方案为：

一种水下传感器，包括ReRAM和控制器，所述控制器与ReRAM相连；所述ReRAM包括内存模块和欧几里得度量模块；所述内存模块用于缓存输入数据；

所述欧几里得度量模块包括若干个并行度量模块，每个并行度量模块包括加法计算模块、开方计算模块和若干个并行计算模块；所述并行计算模块包括第一减法运算阵列和第一乘法运算阵列；所述并行计算模块用于并行计算欧几里得度量公式中的每个加数；所述加法计算模块用于完成对并行计算模块各单元运算结果的求和过程，并将结果作为开方计算模块的输入数据。

进一步地，所述第一减法运算阵列用于对输入数据的尾数部分进行减法运算来完成对阶过程，并将计算结果输入至乘法运算阵列；