基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法，包括：設置統(tǒng)一的定位標準間隔時間；在某一間隔時間起始點，普通節(jié)點發(fā)送定位信號；中心節(jié)點接收到定位信號后，記錄接收到的時間，根據(jù)該時間與最近的間隔時間起始點計算中心節(jié)點與各個普通節(jié)點之間的距離；某一普通節(jié)點接收到其他普通節(jié)點的定位信號后，記錄接收定位信號的時間，根據(jù)該時間與最近的間隔時間起始點計算普通節(jié)點之間的延時和距離：某一普通節(jié)點向中心節(jié)點發(fā)送攜帶有該普通節(jié)點與其他普通節(jié)點之間距離信息的報文；中心節(jié)點接收到報文，提取出各個普通節(jié)點之間的距離信息；根據(jù)中心節(jié)點與普通節(jié)點之間的距離以及普通節(jié)點之間的距離，計算各個節(jié)點之間的角度。
【專利說明】基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及水聲網絡領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種基于集中式拓撲結構的水 下通信網的周期性快速定位方法。

【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代信息技術的迅猛發(fā)展，覆蓋了地面、空中、太空、水面的立體信息網已經 形成了一個巨大的通信網絡，把各國的政治、經濟、文化和軍事有機地聯(lián)系在一起，給全球 經濟的交流與發(fā)展、資源的開發(fā)和利用、軍事偵察與防御等帶來了巨大的效益。隨著世界各 國海洋的不斷開發(fā)和研究，水聲通信網已經成為當前的一個研究熱點。
[0003] 由于研究和開發(fā)海洋資源的需要，現(xiàn)代通信系統(tǒng)和網絡已經從陸地和空中延伸到 了海洋。水聲通信網是近年來發(fā)展迅速、研究相當活躍的通信【技術領域】之一，是當代海洋研 究、海洋資源勘探和開發(fā)，海洋數(shù)據(jù)采集、海洋環(huán)境立體監(jiān)測、地震海嘯監(jiān)測和分布式戰(zhàn)術 監(jiān)視等系統(tǒng)中的重要技術組成部分，它的研究為解決水下信息的可靠傳輸提供了重要的技 術保障。
[0004] 水聲通信網的基本拓撲結構有集中式、分布式。集中式屬于主從式結構，分布式屬 于對等式結構。
[0005] 如圖1所示，在集中式網絡中，所有的網絡節(jié)點通過一個中心節(jié)點進行通信，這一 中心節(jié)點被稱為主節(jié)點，有時也被稱為網絡的集線器，網絡中的其余節(jié)點則被稱為從節(jié)點。 這種拓撲結構適合于深海水聲網絡。在采用集中式拓撲結構的深海水聲網絡中，將帶有水 聲通信機和射頻通信機的水面浮標作為中心節(jié)點，由該節(jié)點與其他水下節(jié)點進行通信。此 類拓撲結構的主要優(yōu)點是：結構簡單，便于維護，易于優(yōu)化；主要缺點是：對中心節(jié)點依賴 性過大，如果中心節(jié)點出現(xiàn)故障，整個網絡將陷入癱瘓。此外，由于單個通信機的傳輸距離 有限，網絡不能大面積覆蓋。
[0006] 分布式拓撲結構，又成為全連接對等拓撲，是指網絡中的每一個節(jié)點都可以直接 與其他任何一個節(jié)點進行通信，如圖2所示。這種拓撲結構的優(yōu)點是采用分散控制，局部故 障不會影響整個網絡的運行，具有很高的可靠性；節(jié)點間兩兩可通，不需要路由選擇，網絡 延遲也較小。缺點在于，與遠距離節(jié)點進行通信時需要很大的功率；此外，近距離處的相鄰 節(jié)點將對正在與遠距離節(jié)點通信的節(jié)點造成"遠近效應"問題。和集中式拓撲一樣，這種網 絡也會受到單個通信機傳輸距離限制，不能大面積覆蓋。
[0007] 鑒于集中式拓撲結構的特點，本申請中所涉及的水下通信網絡采用集中式拓撲結 構。
[0008] 在水聲通信網絡中，節(jié)點之間的定位是網絡通信過程中最為常見的功能之一。現(xiàn) 有技術中的節(jié)點定位方法通過節(jié)點之間信息交互的時間差以及聲速來對兩個節(jié)點進行測 距，從而實現(xiàn)節(jié)點定位。
[0009] 如圖3所示，節(jié)點A在ts時刻，發(fā)送路由廣播分組給節(jié)點B;節(jié)點B接收到路由廣 播分組后經過一段處理時間h后，向節(jié)點A發(fā)送路由回復分組，路由回復分組中記錄了節(jié) 點B的處理時間h，即應答延時；節(jié)點A在時刻仁收到路由回復分組。假設路由廣播分組、 路由回復分組在水中的傳播時間相等，可以計算出節(jié)點A、B之間的距離為：

【權利要求】
1. 一種基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法，所述集中式拓撲結 構的水下通信網包括中也節(jié)點W及通過所述中也節(jié)點通信的普通節(jié)點，該方法包括： 步驟1)、對水下通信網中的各個節(jié)點設置統(tǒng)一的定位標準間隔時間； 步驟2)、根據(jù)步驟1)所設定的定位標準間隔時間，在某一間隔時間起始點，所述普通 節(jié)點分別發(fā)送定位信號； 步驟3)、所述中也節(jié)點接收到所述普通節(jié)點所發(fā)送的定位信號后，記錄接收到定位信 號的時間，然后根據(jù)接收到定位信號的時間與最近的間隔時間起始點計算所述中也節(jié)點與 各個普通節(jié)點之間的距離； 步驟4)、某一普通節(jié)點接收到所述水下通信網中其他普通節(jié)點的定位信號后，記錄接 收定位信號的時間，然后根據(jù)接收定位信號的時間與最近的間隔時間起始點計算該普通節(jié) 點與另一普通節(jié)點之間的延時和距離： 步驟5)、某一普通節(jié)點用ALOHA方式向中也節(jié)點發(fā)送攜帶有該普通節(jié)點與其他普通節(jié) 點之間距離信息的報文； 步驟6)、若中也節(jié)點接收到步驟5)中所發(fā)送的報文，從該報文中提取出各個普通節(jié)點 之間的距離信息；若普通節(jié)點接收到步驟5)中所發(fā)送的報文，該普通節(jié)點取消自身待發(fā)送 的相應報文； 步驟7)、根據(jù)步驟3)得到的中也節(jié)點與普通節(jié)點之間的距離W及步驟6)得到的普通 節(jié)點之間的距離，計算水下通信網中各個節(jié)點之間的角度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法， 其特征在于，所述中也節(jié)點和普通節(jié)點發(fā)送的同步信號之間互不干擾。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法， 其特征在于，所述同步信號采用相互正交的信號實現(xiàn)，或采用不同頻帶內的線性調頻信號 實現(xiàn)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于集中式拓撲結構的水下通信網的周期性快速定位方法， 其特征在于，所述攜帶有該普通節(jié)點與其他普通節(jié)點之間距離信息的報文為DISTANCE報 文，該報文包括H種類型的字段；type字段、src字段、節(jié)點號與節(jié)點間距離字段；其中， type字段包括4個比特，用于表示報文的類型；src字段包括4個比特，用于表示本節(jié)點的 地址；節(jié)點號與節(jié)點間距離字段用于表示普通節(jié)點之間的距離，它包括兩部分，第一部分有 4個比特，用于表示水下通信網絡中與本節(jié)點不同的另一普通節(jié)點的地址，第二部分有12 個比特，用于表示src字段中的地址所表示的本節(jié)點到第一部分中地址所代表的普通節(jié)點 的距離。
【文檔編號】H04B13/02GK104348559SQ201310340518
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權日:2013年8月7日
【發(fā)明者】劉磊, 李宇, 張揚帆, 張春華, 黃海寧 申請人:中國科學院聲學研究所