專利名稱：基于p2p的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)是水聲通信技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合所產(chǎn)生的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)所覆蓋的區(qū)域進(jìn)行中長期的水下預(yù)警、水質(zhì)污染監(jiān)測(cè)、海洋水文環(huán)境要素監(jiān)測(cè)，并且在目標(biāo)跟蹤與識(shí)別、入侵檢測(cè)等海洋軍事安全領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。由于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在水下，采用聲波進(jìn)行通信，而聲波在水下的傳播速度比無線電波在空氣中的傳播速度少5個(gè)數(shù)量級(jí)，因此通信延遲問題非常嚴(yán)重。此外，由于水下信道的復(fù)雜性，傳感器節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量容易受到環(huán)境噪聲等因素的干擾，嚴(yán)重影響了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率、通信信道的可靠性和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。因此，傳統(tǒng)的陸上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及其它自組織網(wǎng)絡(luò)中許多研究成果無法直接應(yīng)用于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，使得水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用面臨很大的挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)水下環(huán)境，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用自組織和自治的方式組網(wǎng)，通過節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同來感知、采集和處理監(jiān)測(cè)區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并將信息傳輸給觀察者完成特定的監(jiān)測(cè)任務(wù)。傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過水聲通信的方式傳輸?shù)剿婊蛘甙渡蠀R聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)量的不同，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)采用單匯聚節(jié)點(diǎn)路由協(xié)議或者多匯聚節(jié)點(diǎn)路由協(xié)議來選擇路由路徑。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)時(shí)，各個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)之間一般通過射頻通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，匯聚節(jié)點(diǎn)之間部署的物理距離十分有限。此外，水聲傳感器節(jié)點(diǎn)由于成本高、能耗大以及水聲通信長延遲的特點(diǎn)限制了節(jié)點(diǎn)的部署密度。因此，依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)構(gòu)建的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在大范圍水域環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)易分割、數(shù)據(jù)傳輸易中斷以及傳輸延遲長的問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率低下。所以，當(dāng)前迫切需要提供一種適用于大范圍水域環(huán)境的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法，使得匯聚節(jié)點(diǎn)的部署不再受傳統(tǒng)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中地理位置和距離的限制，并且能夠在水聲信道鏈路丟包率較高的情況下保證數(shù)據(jù)上傳的完整性和數(shù)據(jù)傳輸率，有效降低網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)包重傳造成的能量消耗，進(jìn)而提高水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用壽命。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其包括:若干個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，和若干個(gè)P2P節(jié)點(diǎn)；
所述中繼節(jié)點(diǎn)通過浮標(biāo)或者船載的方式漂浮在水面上，并且能夠通過無線通信方式與岸上的匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，再通過所述匯聚節(jié)點(diǎn)與P2P節(jié)點(diǎn)的信息交互，以及所述P2P節(jié)點(diǎn)與其他P2P節(jié)點(diǎn)的信息交互來傳輸采集的數(shù)據(jù)供后續(xù)處理；
多個(gè)所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)位于水中的不同深度，其中一些水聲傳感器節(jié)點(diǎn)直接懸掛于水面上的中繼節(jié)點(diǎn)下方，另一些水聲傳感器節(jié)點(diǎn)利用浮標(biāo)通過錨泊方式懸浮于水中；
其中，每個(gè)所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有兩個(gè)數(shù)據(jù)通信接口，其中一個(gè)接口為CAN總線接口，能夠通過CAN總線與中繼節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；另一個(gè)接口為水聲通信接口，能夠使用水聲換能器與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而將任意一個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)逐步轉(zhuǎn)發(fā)給距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)，直至通過CAN總線傳輸?shù)剿嫔系闹欣^節(jié)點(diǎn)，形成完整的水聲通信路由路徑。所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)中，包括:
能夠?qū)⑻綔y(cè)到的水下聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的水聽器，依次對(duì)電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理的衰減保護(hù)模塊、前置放大模塊、帶通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，和對(duì)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和硬件邏輯設(shè)計(jì)的FPGA中央處理模塊；以及，
對(duì)所述FPGA中央處理模塊處理后輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，依次進(jìn)行相應(yīng)處理的D/A轉(zhuǎn)換模塊、平滑濾波器、功率放大模塊和匹配網(wǎng)絡(luò)模塊，和由阻抗匹配后的電信號(hào)激發(fā)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的換能器，從而推動(dòng)水介質(zhì)向水中發(fā)射聲波信號(hào)，以便與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水聲通信；
所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)中還包括，與所述FPGA中央處理模塊信號(hào)連接的以下裝置:能夠?yàn)樗晜鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電，并且通過程控方式切換水聲傳感器節(jié)點(diǎn)的工作或者休眠狀態(tài)的電源管理模塊，以及負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘日歷、記錄數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間并能夠通過讀取芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行報(bào)警的時(shí)鐘管理模塊；所述時(shí)鐘管理模塊的芯片還能夠在節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)時(shí)由法拉電容供電；
所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)中的CAN通信接口，與所述FPGA中央處理模塊信號(hào)連接，作為水聲傳感器節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口。所述中繼節(jié)點(diǎn)中，包括負(fù)責(zé)控制指令下達(dá)的主控模塊，以及分別與所述主控模塊信號(hào)連接的以下裝置:
負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和存儲(chǔ)的前置機(jī)，作為中繼節(jié)點(diǎn)與水聲傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的CAN通信接口，為中繼節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電以及節(jié)能控制的電源管理?！缞A，以及作為中繼節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的GPRS無線通信模塊；
其中所述GPRS無線通信模塊設(shè)置有微控制器和GPRS模塊，所述微控制器通過緊耦合的嵌套矢量中斷控制器來減少中斷響應(yīng)時(shí)間，從而提高GPRS模塊的收發(fā)性能。所述匯聚節(jié)點(diǎn)中，包括:負(fù)責(zé)電源控制、產(chǎn)生時(shí)序以及工作模式切換的微控制器，以及分別與所述微控制器信號(hào)連接的以下裝置:
負(fù)責(zé)為匯聚節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電的電源模塊，作為匯聚節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的GPRS無線通信模塊，作為匯聚節(jié)點(diǎn)與P2P節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的RS232串口通信模塊。所述P2P節(jié)點(diǎn)中，包括:負(fù)責(zé)向水聲傳感器節(jié)點(diǎn)下達(dá)各類控制指令并且控制數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，同時(shí)負(fù)責(zé)控制與其它P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的上位機(jī)，以及分別與所述上位機(jī)信號(hào)連接的以下裝置:負(fù)責(zé)為P2P節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電的電源模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的存儲(chǔ)模塊，作為P2P節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的RS232串口通信模塊，以及作為P2P節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口并基于UDP的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)卡。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種上述基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法:
多個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置于水中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中距離水面距離較遠(yuǎn)的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)，利用水聲換能器與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信以逐步轉(zhuǎn)發(fā)至距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)；其中，采用隨機(jī)線性編碼方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，然后根據(jù)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)的地理位置來選擇路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以減小鏈路丟包率增大時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)包傳送率造成的影響，并降低網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)包重傳造成的能量消耗；
距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)，將其自身采集的數(shù)據(jù)或由其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過CAN總線發(fā)送至漂浮在水面上的中繼節(jié)點(diǎn)；所述中繼節(jié)點(diǎn)通過GPRS無線通信方式，與岸上的匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互；所述匯聚節(jié)點(diǎn)通過RS232串口與P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互；所述P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步基于UDP協(xié)議，與其他P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互來傳遞數(shù)據(jù)。所述隨機(jī)線性編碼，包含以下步驟:
首先，源節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包分組，假設(shè)^個(gè)數(shù)據(jù)包分成一組，分組后的數(shù)據(jù)包可以表示為石，石，…，石；然后，將這#個(gè)數(shù)據(jù)包編碼成《個(gè)編碼包，并產(chǎn)生《組隨機(jī)數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其特征在于,包括:若干個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，和若干個(gè)P2P節(jié)點(diǎn)； 所述中繼節(jié)點(diǎn)通過浮標(biāo)或者船載的方式漂浮在水面上，并且能夠通過無線通信方式與岸上的匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，再通過所述匯聚節(jié)點(diǎn)與P2P節(jié)點(diǎn)的信息交互，以及所述P2P節(jié)點(diǎn)與其他P2P節(jié)點(diǎn)的信息交互來傳輸采集的數(shù)據(jù)供后續(xù)處理； 多個(gè)所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)位于水中的不同深度，其中一些水聲傳感器節(jié)點(diǎn)直接懸掛于水面上的中繼節(jié)點(diǎn)下方，另一些水聲傳感器節(jié)點(diǎn)利用浮標(biāo)通過錨泊方式懸浮于水中； 其中，每個(gè)所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有兩個(gè)數(shù)據(jù)通信接口，其中一個(gè)接口為CAN總線接口，能夠通過CAN總線與中繼節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；另一個(gè)接口為水聲通信接口，能夠使用水聲換能器與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而將任意一個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)逐步轉(zhuǎn)發(fā)給距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)，直至通過CAN總線傳輸?shù)剿嫔系闹欣^節(jié)點(diǎn)，形成完整的水聲通信路由路徑。
2.如權(quán)利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于: 所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)中，包括: 能夠?qū)⑻綔y(cè)到的水下聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的水聽器，依次對(duì)電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理的衰減保護(hù)模塊、前置放大模塊、帶通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，和對(duì)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和硬件邏輯設(shè)計(jì)的FPGA中央處理模塊；以及， 對(duì)所述FPGA中央處理模塊處理后輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，依次進(jìn)行相應(yīng)處理的D/A轉(zhuǎn)換模塊、平滑濾波器、功率放大模塊和匹配網(wǎng)絡(luò)模塊，和由阻抗匹配后的電信號(hào)激發(fā)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的換能器，從而推動(dòng)水介質(zhì)向水中發(fā)射聲波信號(hào)，以便與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水聲通信；` 所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)中還包括，與所述FPGA中央處理模塊信號(hào)連接的以下裝置:能夠?yàn)樗晜鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電，并且通過程控方式切換水聲傳感器節(jié)點(diǎn)的工作或者休眠狀態(tài)的電源管理模塊，以及負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘日歷、記錄數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間并能夠通過讀取芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行報(bào)警的時(shí)鐘管理模塊；所述時(shí)鐘管理模塊的芯片還能夠在節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)時(shí)由法拉電容供電； 所述水聲傳感器節(jié)點(diǎn)中的CAN通信接口，與所述FPGA中央處理模塊信號(hào)連接，作為水聲傳感器節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口。
3.如權(quán)利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于: 所述中繼節(jié)點(diǎn)中，包括負(fù)責(zé)控制指令下達(dá)的主控模塊，以及分別與所述主控模塊信號(hào)連接的以下裝置: 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和存儲(chǔ)的前置機(jī)，作為中繼節(jié)點(diǎn)與水聲傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的CAN通信接口，為中繼節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電以及節(jié)能控制的電源管理?！缞A，以及作為中繼節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的GPRS無線通信模塊； 其中所述GPRS無線通信模塊設(shè)置有微控制器和GPRS模塊，所述微控制器通過緊耦合的嵌套矢量中斷控制器來減少中斷響應(yīng)時(shí)間，從而提高GPRS模塊的收發(fā)性能。
4.如權(quán)利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于: 所述匯聚節(jié)點(diǎn)中，包括:負(fù)責(zé)電源控制、產(chǎn)生時(shí)序以及工作模式切換的微控制器，以及分別與所述微控制器信號(hào)連接的以下裝置:負(fù)責(zé)為匯聚節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電的電源模塊，作為匯聚節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的GPRS無線通信模塊，作為匯聚節(jié)點(diǎn)與P2P節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的RS232串口通信模塊。
5.如權(quán)利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于: 所述P2P節(jié)點(diǎn)中，包括:負(fù)責(zé)向水聲傳感器節(jié)點(diǎn)下達(dá)各類控制指令并且控制數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，同時(shí)負(fù)責(zé)控制與其它P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的上位機(jī)，以及分別與所述上位機(jī)信號(hào)連接的以下裝置: 負(fù)責(zé)為P2P節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊和芯片供電的電源模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的存儲(chǔ)模塊，作為P2P節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口的RS232串口通信模塊，以及作為P2P節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信接口并基于UDP的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)卡。
6.—種權(quán)利要求1 中所述基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法,其特征在于: 多個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置于水中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中距離水面距離較遠(yuǎn)的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)，利用水聲換能器與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信以逐步轉(zhuǎn)發(fā)至距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)；其中，采用隨機(jī)線性編碼方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，然后根據(jù)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)的地理位置來選擇路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以減小鏈路丟包率增大時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)包傳送率造成的影響，并降低網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)包重傳造成的能量消耗； 距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)，將其自身采集的數(shù)據(jù)或由其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過CAN總線發(fā)送至漂浮在水面上的中繼節(jié)點(diǎn)；所述中繼節(jié)點(diǎn)通過GPRS無線通信方式，與岸上的匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互；所述匯聚節(jié)點(diǎn)通過RS232串口與P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互；所述P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步基于UDP協(xié)議，與其他P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互來傳遞數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)傳輸方法,其特征在于: 所述隨機(jī)線性編碼，包含以下步驟: 首先，源節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包分組，假設(shè)^個(gè)數(shù)據(jù)包分成一組，分組后的數(shù)據(jù)包可以表示為石，石，…，石；然后，將這#個(gè)數(shù)據(jù)包編碼成《個(gè)編碼包，并產(chǎn)生《組隨機(jī)數(shù) 再根據(jù)公式(I)用每組隨機(jī)數(shù)對(duì)組內(nèi)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼:
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于: 基于鏈路丟包率計(jì)算水聲傳感器節(jié)點(diǎn)在路由過程中能量消耗的方法，包含: 假設(shè)鏈路丟包率為^則鏈路的可靠性為1-6那么將一個(gè)編碼包從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)過一條力跳的路徑成功轉(zhuǎn)發(fā)到匯聚節(jié)點(diǎn)的概率為，而成功發(fā)送一組數(shù)據(jù)包的概率&可用公式(2)計(jì)算得到:
9.如權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于: 水聲傳感器節(jié)點(diǎn)所用基于網(wǎng)絡(luò)編碼的地理位置路由協(xié)議，包含如下步驟: 步驟a:路由路徑初始化； 步驟b:計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)以及目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與本地節(jié)點(diǎn)夾角的余弦值； 步驟c:選擇余弦值最大的鄰居節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的候選節(jié)點(diǎn)； 步驟d:根據(jù)公式(3)計(jì)算數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)N ； 步驟e:提取編碼系數(shù)； 步驟f:本地節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建并發(fā)送新編碼包至候選節(jié)點(diǎn)；步驟g:重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)過程直到數(shù)據(jù)包傳送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)； 步驟h:通過高斯消元法計(jì)算線性不相關(guān)編碼系數(shù)m的值； 步驟1:目標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照公式(8)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于P2P的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸方法，多個(gè)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置于水中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用隨機(jī)線性編碼方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，然后根據(jù)水聲傳感器節(jié)點(diǎn)的地理位置來選擇路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而利用水聲換能器與其它水聲傳感器節(jié)點(diǎn)通信以逐步轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至距離水面更近的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)，直至發(fā)送至水面上的中繼節(jié)點(diǎn)，由中繼節(jié)點(diǎn)通過GPRS發(fā)送至岸上的匯聚節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明使得匯聚節(jié)點(diǎn)的部署不再受傳統(tǒng)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中地理位置和距離的限制，并且能夠在水聲信道鏈路丟包率較高的情況下保證數(shù)據(jù)上傳的完整性和數(shù)據(jù)傳輸率，有效降低網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)包重傳造成的能量消耗，進(jìn)而提高水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用壽命。
文檔編號(hào)H04L29/08GK103209224SQ201310156309
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者徐 明, 劉廣鐘, 吳華鋒, 孫偉 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)