CN102347807B - 一种水面高效节能无线通信系统和通信方法 - Google Patents

一种水面高效节能无线通信系统和通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水面高效节能无线通信系统和通信方法，属于通信技术领域。该系统可由多个无线通信节点组成的多跳网络，其中每个无线通信节点包括传感器模块、无线传输模块以及数据处理模块。其通信方法是，数据采集传感器，波浪状态传感器采集的状态值通过数据处理模块进行处理与分析，判断无线通信节点是否处在波浪的波峰，若无线通信节点未处在波峰，等待无线通信节点到达波峰；当无线通信节点处在波浪波峰时，打开无线传输，把数据传到下一个无线通信节点，传输完成，无线通信节点进入休眠，等待下一次采集时刻的到来。本发明节省了无线通信节点的能量，降低了通信的误码率和丢包率，适用于部署在有波浪的水面上的无线通信系统。

Description

一种水面高效节能无线通信系统和通信方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种高效节能的水面无线通信系统和通信方法，该通信系统的通信节点部署在水面上，且随水浪波动而波动。
背景技术：
目前，世界水质总体污染形势严峻，水污染造成赤潮灾害频发，水生物生态环境遭到破坏和渔业资源衰竭严重影响渔业经济的发展。因此，建立先进的水监测系统，加大水环境预测保护力度，实时检测水质对河流、湖泊、海洋保护至关重要。
目前市场上已存在大量的采用无线传感器网络采集各种水质参数和气象参数的检测装置及方法，大部分的无线通信节点采用太阳能集板与电池相结合的供电方法，电池能量有限，太阳能集板的利用受到天气条件影响，因此在水面上的无线通信节点如何更加有效节能的工作对无线通信系统来说是非常重要的一方面。对于整个无线通信系统来说，电池的能量主要消耗在无线传输数据方面，鉴于无线电波在复杂水面上特别是有波浪的时候进行传输时会受到各种干扰、吸收和衰减。尤其是当通信节点处于波浪波谷的时候，如果这个时候发送无线电波，大部分信号能量会被波浪阻挡和吸收，严重时会使通信中断，既加大了通信的误码率，也浪费了电池能量。因此有必要提出一种高效、节能、可靠的水面无线通信方法。
本文充分利用了波浪检测的技术，结合现有的水面无线通信系统，提出了一种高效、节能、可靠的水面无线通信系统和通信方法，可有效的弥补现有缺点。
发明内容：
本发明的目的是降低水面上无线通信系统的功耗和降低无线通信时的误码率和丢包率，提出一种水面高效节能无线通信系统和通信方法，增强无线通信系统的寿命和可靠性。
本发明提供了一种水面高效节能无线通信方法，应用于水面无线通信系统。
其技术方案如下：
1、在水面上部署无线通信节点，通信节点放在漂浮物内，数据采集传感器用来采集各种所需参数，比如环境水质参数(PH、溶解氧、叶绿素等)或者各种气象参数(气温、气压、相对湿度、风速、风向、降水、太阳辐射)，采集到的数据暂由无线传输模块储存；
2、用于进行波浪检测的传感器，采集无线通信节点的随波浪变化的状态值；
3、用于处理和分析加速度值的数据处理模块，将采集到的波浪状态值经过处理后，得到波高的曲线，根据数据分析的结果用来判断无线通信节点是否处于波浪的波峰位置；
4、当无线通信节点未处在波浪波峰的时候，无线传输模块暂存由数据采集传感器采集到的数据，并继续分析和处理波浪传感器所采集的数据，等待无线通信节点处于波峰位置时刻的到来；
5、当无线通信节点处在波浪波峰的时候，打开无线传输，利用无线传输模块传输数据；
6、当无线通信节点完成数据传输后，无线通信节点进入休眠，等待下次采集时刻的到来。
本发明，具有如下有益效果：
1、无线通信技术与波浪检测相结合，在完成了数据无线通信目的的同时，大大减少了不必要的数据传输次数，也降低了无线发射功率，从而降低了系统的功耗，延长了系统的寿命。
2、无线通信节点只在波浪波峰的时候进行数据传输，减少了丢包率和误码率，提高了系统的可靠性。
附图说明：
图1为无线通信节点组成示意图
图2为无线通信系统水上部署示意图
图3为本发明通信方法流程图
具体实施方式：
下面结合实例和附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
无线通信节点组成如图1所示，由波浪状态传感器模块、数据采集传感器、数据处理模块以及无线传输模块组成，无线通信节点位于漂浮物内。波浪传感器用来采集波浪状态值，数据采集传感器模块用来采集各种水质环境参数(如PH、溶解氧、叶绿素、浊度等)或者各种气象参数(如气温、气压、相对湿度、风速、风向、降水、太阳辐射等)，数据处理模块用于对采集到的波浪状态值进行处理与分析，无线传输模块可采用各种无线通信技术，用于存储和发送由数据采集传感器采集的各种水质环境参数。
无线通信系统水上部署示意图如图2所示，无线通信节点有以下三种类型：协调器节点、路由节点和终端节点。其中3种节点都带有波浪状态传感器和数据处理模块，且具有采集各种水质参数的传感器，协调器节点具有网关功能。水面上部署的无线通信节点部署为多跳自组网网络，终端节点把采集到的数据通过路由节点传输到协调器节点，最后由协调器节点通过TD网络统一将数据发送到陆地上的数据分析终端。
本发明通信方法流程如图3所示，平常状态下，终端节点处在休眠状态，每隔一段时间(可设定的采集时刻)，数据采集传感器和波浪状态传感器开始采集数据，波浪状态传感器采集到的数据经过数据处理后，将判断无线通信节点处于波浪的什么位置。若无线通信节点未处在波浪波峰位置，数据处理模块将继续处理和分析波浪状态值，等待波浪波峰位置的到来；若无线通信节点处于波浪波峰，打开无线传输，将采集到的数据发到下一跳无线通信节点。数据发送完成后，关闭无线传输，无线传输模块进入休眠，等待下一次采集数据时刻的到来。

Claims (7)

1.一种水面高效节能无线通信方法，应用于水面无线通信系统，其特征在于，该通信方法包括： 
水面上部署无线通信节点； 
判断无线通信节点是否处在波浪的波峰处； 
当无线通信节点未处在波浪波峰的时候，进入休眠状态，等待其到达波浪波峰位置； 
当无线通信节点处在波浪波峰的时候，打开无线传输，利用无线传输模块传输数据。 
2.如权利要求1所述的水面高效节能无线通信方法，其特征在于，当无线通信节点未处在波峰进行休眠时，传感器采集的数据暂存在无线传输模块。 
3.如权利要求1所述的水面高效节能无线通信方法，其特征在于，无线通信节点休眠时，暂存在无线传输模块的传感器数据，当再次检测到无线通信节点处于波峰时，无线传输打开，数据被传到下一个无线通信节点。 
4.如权利要求1所述的水面高效节能无线通信方法，其特征在于，利用传感器采集无线通信节点随着波浪起伏而改变的状态值。 
5.如权利要求4所述的水面高效节能无线通信方法，其特征在于，把采集到的波浪的状态值经过数据处理模块，根据处理结果来判断无线通信节点是否处在波浪的波峰处。 
6.一种水面无线通信系统，系统为由三种结构不同的无线通信节点组成的多跳网络，具体分别是：一个网络协调器节点及多个网络路由节点、网络终端节点，其特征在于，协调器节点负责组织网络，具有数据处理和网关功能；路由节点负责路由选择，具有路由功能和数据传输功能；终端节点负责采集数据，具备数据采集功能和数据传输功能；三种节点均具有波浪状态的传感器。 
7.如权利要求6所述的水面无线通信系统，其特征在于，波浪状态的传感器用来判断节点是否处于波峰位置，如果处于波峰位置，则打开无线传输模块。 
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