CN105743895A - 基于BDS和UWSNs的数据交换系统 - Google Patents

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CN105743895A CN201610068272.4A CN201610068272A CN105743895A CN 105743895 A CN105743895 A CN 105743895A CN 201610068272 A CN201610068272 A CN 201610068272A CN 105743895 A CN105743895 A CN 105743895A
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李云
周卓伟
孙山林
苏毅珊
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Abstract

本发明公开了一种基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，包括核心控制模块、北斗数据收发模块、水下无线网络通信模块、协议栈转换模块、外部存储模块和能量供应模块，所述核心控制模块与北斗数据收发模块、水下无线网络通信模块、协议栈转换模块连接；所述外部存储模块与核心控制模块连接；所述能量供应模块用于给系统各模块提供所需电源。这种系统克服了水下无线传感网络远距离通信能力的不足，实现了有效网络采集数据的中继传输，实现了水下无线传感器网络数据的远距离传输。

Description

基于BDS和UWSNs的数据交换系统
技术领域
本发明涉及水下无线传感网络（UnderwaterWirelessSensorNetworks,简称UWSNs）与北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem,简称BDS）的数据交换，属于多网络信息数据融合交换应用领域，具体是基于BDS和UWSNs的数据交换系统。
背景技术
中国是陆地大国，同时也是一个海洋大国，海洋面积居世界前列。一方面，我国的海上石油、天然气资源，潮汐能/风能资源，渔业资源等海洋资源丰富；另一方面，海洋安全是国家安全的重要组成部分与重要保证。因此，有效地开发和保护海洋资源、维护海洋安全具有很高的经济价值和战略意义。
在众多新兴的海洋科技领域中，UWSNs因近年来在水体污染监控、水下资源勘探、海洋地理气象数据收集、地震/海啸灾难预防、国防安全领域等方面的应用受到日益广泛的关注。例如，在海洋地理数据收集方面，UWSNs网络利用水面、水下布放的传感器，协作采集三维海洋地理数据。因此，该技术对沿海地区水文气象数据采集，灾害灾难预报方面有着重要意义。
然而，在远海海上缺乏无线通信运营商的信号覆盖，迫切需要有效的海上通信手段。现在的海洋通信一般使用甚高频（VeryHighFrequency,简称VHF）电台，支持单工和双工通信。其存在最大的问题是通信距离有限，通常<30km，对于浩瀚的海洋来说，覆盖范围远远不足，且无法有效的进行海上数据通信。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于BDS和UWSNs的数据交换系统。这种系统能克服水下无线传感网络远距离通信能力的不足，能实现有效网络采集数据的中继传输，能实现水下无线传感器网络数据的远距离传输。
实现本发明目的的技术方案是：
基于BDS和UWSNs的数据交换系统，包括
核心控制模块，用于实现整个系统任务的全局处理、数据交换、资源管理；
北斗数据收发模块，用于与北斗卫星系统、水下无线传感网络进行数据交换，同时，北斗数据收发模块接收到的指令、业务要求经过水下无线传感器通信模块转发给区域内的传感器节点；
水下无线网络通信模块，接收来自传感器节点的感知数据，并交由核心控制模块处理，最终接入北斗网络；
协议栈转换模块，对来自水下传感器网络传输的数据，逐层格式转换、数据封装与解析；
所述核心控制模块与北斗数据收发模块、水下无线网络通信模块、协议栈转换模块连接。
包括外部存储模块，所述的外部存储模块为双倍速率同步动态随机存储器，对水下传感数据、定位信息、北斗数据收发模块接收的指令信息进行缓存，通过缓存降低UWSNs与BDS不同网络之间载波频率、数据量、传输速率、网络带宽等差异的影响；所述外部存储模块与核心控制模块连接。
包括能量供应模块，所述能量供应模块用于给系统各模块提供所需电源；所述能量供应模块包括顺序连接的太阳能电池板、充/放电电路、蓄电池和输出稳压电路，设有反馈电路与充/放电电路、蓄电池连接。
所述的核心控制模块包括智能芯片ARM11和与其电连接的万年历时钟电路、自启动晶振电路、数据和地址总线接口电路；
包括与ARM11电连接的液晶显示电路。
所述的北斗数据收发模块包括第一DSP处理器和与其连接的发射电路、接收电路和串行控制接口电路，发射电路、接收电路与圆极型全向天线连接。
所述的水下无线网络通信模块包括第二DSP处理器和与其连接的信号发生器、模数转换模块，信号发生器、模数转换模块与全向天线连接。
信号发生器通过发射端放大电路与全向天线连接。
模数转换模块通过接收端放大电路与全向天线连接。
这种系统的数据发送方式如下：水下无线网络通信模块接收来自水下传感器节点的感知数据，通过核心控制模块将数据缓存到外部存储模块，接着核心控制模块将外部存储模块存储的数据转发给协议栈转换模块，协议栈转换模块把数据帧转换成北斗卫星系统的数据帧通信格式，再通过核心控制模块将采集数据转发给北斗数据收发模块进行发送；
这种系统的数据接收方式如下：北斗数据收发模块接收来自北斗卫星系统的控制命令，通过核心控制模块将控制命令的数据包缓存到外部存储模块，接着核心控制模块将外部存储模块存储的控制命令数据包转发给议栈转换模块，议栈转换模块把北斗卫星系统的控制命令数据帧转换成水下无线网络通信系统的数据帧通信格式，再通过核心控制模块将控制命令转发给水下无线网络通信模块执行相应的任务。
这种系统克服了水下无线传感网络远距离通信能力的不足，实现了有效网络采集数据的中继传输，实现了水下无线传感器网络数据的远距离传输。
附图说明
图1为实施例的系统结构示意图；
图2为实施例中核心控制模块的结构示意图；
图3为实施例中北斗数据收发模块的结构示意图；
图4为实施例中水下无线网络通信模块的结构示意图；
图5为实施例中能量供应模块的结构示意图；
图中，1．核心控制模块2.北斗数据收发模块3.水下无线网络通信模块4.协议栈转换模块5.外部存储器模块6.能量供应模块7.ARM118.万年历时钟电路9.自启动晶振电路10.数据、地址总线接口电路11.液晶显示电路12.第一DSP处理器13.发射电路14.接收电路15.串行控制接口电路16.圆极型全向天线17.第二DSP处理器18.信号发生器19.模数转换模块20.全向天线21.发射端放大电路22.接收端放大电路23.太阳能电池板24.充/放电电路25.蓄电池26.输出稳压电路27.反馈电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，基于BDS和UWSNs的数据交换系统，包括
核心控制模块1，用于实现整个系统任务的全局处理、数据交换、资源管理；
北斗数据收发模块2，用于与北斗卫星系统、水下无线传感网络进行数据交换，同时，北斗数据收发模块2接收到的指令、业务要求经过水下无线传感器通信模块转发到区域内的传感器节点上；
水下无线网络通信模块3，接收来自传感器节点的感知数据，并交由核心控制模块1处理，最终接入北斗网络；
协议栈转换模块4，对来自水下传感器网络传输的数据，逐层格式转换、数据封装与解析；
所述核心控制模块1与北斗数据收发模块2、水下无线网络通信模块3、协议栈转换模块4连接。
包括外部存储模块5，所述的外部存储模块5为双倍速率同步动态随机存储器，对水下传感数据、定位信息、北斗数据收发模块2接收的指令信息进行缓存，通过缓存降低UWSNs与BDS不同网络之间载波频率、数据量、传输速率、网络带宽等差异的影响；所述外部存储模块5与核心控制模块1连接。
包括能量供应模块6，参见图5，所述能量供应模块6用于给系统各模块提供所需电源；所述能量供应模块6包括顺序连接的太阳能电池板23、充/放电电路24、蓄电池25和输出稳压电路26，设有反馈电路27与充/放电电路24、蓄电池25连接。太阳能电池板23把太阳能转换成电能，电能充/放电电路24处理后，向蓄电池25充电，蓄电池25电能经输出稳压电路26稳压处理后向其他模块提供电源。
参见图2，所述的核心控制模块1包括智能芯片ARM117和与其电连接的万年历时钟电路8、自启动晶振电路9、数据和地址总线接口电路10；
包括与ARM117电连接的液晶显示电路11。
参见图3，所述的北斗数据收发模块2包括第一DSP处理器12和与其连接的发射电路13、接收电路14和串行控制接口电路15，发射电路13、接收电路14与圆极型全向天线16连接。
参见图4，所述的水下无线网络通信模块3包括第二DSP处理器17和与其连接的信号发生器18、模数转换模块19，信号发生器18、模数转换模块19与全向天线连接20。
信号发生器18通过发射端放大电路21与全向天线20连接。
模数转换模块19通过接收端放大电路22与全向天线20连接。
本实施例数据发送方式：水下无线网络通信模块3接收来自水下传感器节点的感知数据，通过核心控制模块1将数据缓存到外部存储模块2，接着核心控制模块1将外部存储模块5存储的数据转发给与协议栈转换模块4，协议栈转换模4数据帧转换成北斗卫星系统的数据帧通信格式，再通过核心控制模块1将采集数据转发给北斗数据收发模块2进行发送；
本实施例的数据接收方式：北斗数据收发模块2接收来自北斗卫星系统的控制命令，通过核心控制模块1将控制命令的数据包缓存到外部存储模块5，接着核心控制模块1将外部存储模块5存储的控制命令数据包转发给协议栈转换模块4，协议栈转换模块4把北斗卫星系统的控制命令数据帧转换成水下无线网络通信系统的数据帧通信格式，再通过核心控制模块1将控制命令转发给水下无线网络通信模块3执行相应的任务。

Claims (9)

1.基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，包括
核心控制模块，用于实现整个系统任务的全局处理、数据交换、资源管理；
北斗数据收发模块，用于与北斗卫星系统、水下无线传感网络进行数据交换，同时，北斗数据收发模块接收到的指令、业务要求经过水下无线传感器通信模块转发给区域内的传感器节点；
水下无线网络通信模块，接收来自传感器节点的感知数据，并交由核心控制模块处理，最终接入北斗网络；
协议栈转换模块，对来自水下传感器网络传输的数据，逐层格式转换、数据封装与解析；
所述核心控制模块与北斗数据收发模块、水下无线网络通信模块、协议栈转换模块连接。
2.根据权利要求1所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，包括外部存储模块，所述的外部存储模块为双倍速率同步动态随机存储器，对水下传感数据、定位信息、北斗数据收发模块接收的指令信息进行缓存，通过缓存降低UWSNs与BDS不同网络之间载波频率、数据量、传输速率、网络带宽等差异的影响；所述外部存储模块与核心控制模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，包括能量供应模块，所述能量供应模块用于给系统各模块提供所需电源；所述能量供应模块包括顺序连接的太阳能电池板、充/放电电路、蓄电池和输出稳压电路，设有反馈电路与充/放电电路、蓄电池连接。
4.根据权利要求1所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，所述的核心控制模块包括ARM11和与其电连接的万年历时钟电路、自启动晶振电路、数据和地址总线接口电路。
5.根据权利要求4所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，包括与ARM11电连接的液晶显示电路。
6.根据权利要求1所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，所述的北斗数据收发模块包括第一DSP处理器和与其连接的发射电路、接收电路和串行控制接口电路，发射电路、接收电路与圆极型全向天线连接。
7.根据权利要求1所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，所述的水下无线网络通信模块包括第二DSP处理器和与其连接的信号发生器、模数转换模块，信号发生器、模数转换模块与全向天线连接。
8.根据权利要求7所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，信号发生器通过发射端放大电路与全向天线连接。
9.根据权利要求7所述的基于BDS和UWSNs的数据交换系统，其特征是，模数转换模块通过接收端放大电路与全向天线连接。
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