[发明专利]一种无线和水声通信浮标

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信、无线网络通信技术领域，特别涉及一种无线和水声通信浮标。

背景技术

上世纪90年代以来，日益成熟的水声通信技术促进了水下传感网络的发展。由于水下传感器网络(underwater sensor network)在海洋环境监测、海洋资源勘探、军事侦察和反恐反潜等领域的重要价值，各国都投入力量大力研发相关的技术。

水下传感器网络的发展迫切需要建立水面通信控制节点如船载、机载或岸基的控制指挥站)与水下信息节点如传感器阵列、水下无人自动航行器、水下载人航行器等的双向通信链路。由于布放使用灵活、成本低廉、接收水声信号时本体噪声小等优点，无线/水声通信(racom)浮标是实现水面传统通信网络与水下信息节点双向通信较好的解决方案，是水面通信网络与水下传感通信网络互联互通的关键。美国的SeaWeb项目自1996年以来相继研发了4代无线水声通信(radio/acoustic communication：racom)网关浮标系统(装备通信声纳和GPS接收机、视距传输无线电和铱星通信等多种无线电通信设备)，用于将水下传感网络通过无线通信方式与其它网络互联互通。无线水声通信浮标也是美国海军在探索升级潜艇新型通信技术过程中重点研究的解决方案之一。现有文献中查不到有关的浮标结构。

国内由于水声通信技术研究落后于国外，没有成熟的水声Modem，水声通信传感网络的研究还处于起步阶段，尚未有可应用的无线/水声通信浮标。国外已有的无线/水声通信浮标不能与其他具备无线通信功能的水面站点联合组网使用，无法适应网络化的应用场合；其水声通信作用距离近(小于8km)，水声通信可靠性低、通信速率单一。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述问题，提供一种性能可靠、操作简单、维护管理智能化程度高，可用于水声通信/传感网络的网关节点的无线和水声通信浮标。

为实现上述目的，本发明提供的一种无线和水声通信浮标，该浮标采用积木式结构，其特征在于，所述浮标包括：VHF天线、GPS天线、收/发合置换能器、铅鱼、无线通信模块、水声通信模块、综合控制/处理模块和电池/电源管理与控制模块；

所述无线通信模块，用以实现无线通信数据链路层和物理层功能；

所述水声通信模块，用以实现水声通信数据链路层和物理层功能；

所述综合控制/处理模块，用以实现无线和水声通信网络层和应用层功能，同时实现对浮标的整体控制；

所述电池/电源管理与控制模块，用以实现对浮标的电源控制、维护和管理。

上述技术方案中，所述GPS天线和收/发合置换能器之间自上而下还依次包含：天线水密基座、航标灯、天线支撑杆上段、硬聚氨脂泡沫浮体、天线支撑杆下段、水密电子仪器舱和阻水承重电缆。

所述无线通信模块进一步包含：无线通信数据链路层协议子模块，用于完成无线通信数据链路层功能，完成数据链路层包含的媒体接入层和逻辑链路子层功能，实现在多跳对等网络共享单信道条件下的无线信道接入管理，完成帧同步和流量控制；无线数据调制解调器子模块，完成浮标无线通信物理层功能；其中，所述媒体接入层层功能采用基于MACAW协议的发端发起的共享单信道共享协议，支持共享信道多跳对等网络；所述逻辑链路子层的帧同步功能依据“帧头标识检测”和“帧信息CRC校验”完成，帧同步和帧信息CRC校验同时完成。

所述MACAW协议为：对应于链路层数据传输帧确认帧(ACK)回复确认机制增加了数据传输帧否认帧(NACK)；对被干扰的不能识别的接收帧进行处理，增设载波检测状态；网络拥塞状态依据相邻节点的硬件/虚拟载波监听进行检测。

所述水声通信模块进一步包含：

水声通信数据链路层协议子模块，用于完成水声通信数据链路层功能，完成媒体接入层功能，实现在多跳对等网络共享单信道条件下的水声信道接入管理。

水声通信物理层处理子模块，用于完成水声通信物理层处理功能，所述物理层处理功能具体包括：水声通信物理层同步、水声通信物理层帧结构生成和解析及水声通信数据的调制与解调功能。

其中，所述媒体接入层采用基于MACAW的协议发端发起的共享单信道共享协议，支持共享信道多跳对等网络；

所述水声通信物理层帧结构包括：一个块同步头和一个宏帧；所述宏帧又进一步包括：一个宏帧头和若干个子帧；且所述每个子帧又进一步包括：子帧头和子帧数据。