CN107425903B - 水体传感器网络及其组网方法和水下声传感器回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体传感器网络，该网络包含：水下声传感器网络、与水下声传感器网络通信连接的水面浮动中继网络、与水面浮动中继网络通信连接的陆上信息传输网络、以及通信连接陆上信息传输网络的监控数据处理终端；水下声传感器网络根据水下深度分为若干个水深层，每一水深层布设若干水下声传感器；水下声传感器由深至浅以层层垂直上传的方式通信连接；水面浮动中继网络包含若干水面浮动中继，处于最上层水深层的水下声传感器与信号强度最大的水面浮动中继通信连接。本发明水体传感器网络的水下声传感器设有Wi‑Fi通信功能，完成水体传感器网络组网时水下声传感器批量配置，实现大面积大水深水体的水下传感器网络的便利布设和数据采集。

Description

水体传感器网络及其组网方法和水下声传感器回收方法

技术领域

本发明涉及物联网技术，具体涉及一种水体传感器网络及其组网方法和水下声传感器回收方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展及其应用范围的扩张，物联网技术和设备得到了高速的发展。物联网设备可以是各种信息传感器和控制器，也可以是各种智能化的家用电器。物联网设备通过多种方式接入互联网，形成的一个巨大网络，实现了互联网从人向物的延伸。现代的物联网设备之间，一般遵循某种无线连接技术实现互联。

同时，人工智能技术也在快速发展当中。当人工智能技术与物联网技术结合，构成智能物联网时，将会要求物联网设备对自己所处环境有一定感知，比如温度、湿度、光线以及空间环境等综合环境信息。

对于陆上物联网设备，无线互联信息传输介质为空气，一般采用成熟的电磁波通信方式实现互联。802.11 Wi-Fi无线通信标准，是目前应用范围最广的陆上无线接入技术标准之一。在物联网领域，Wi-Fi 物联网接入方式更是应用最广，成本最低，可扩展性最好的陆上物联网接入方式之一。

然而，地球表面三分之二以上的面积被水体覆盖，同时在大多数情况下，水体深度也相当大。在很多的应用领域，利用现有技术，对水体填充空间的综合环境信息进行采样、收集传输和处理是一个很具有挑战性的任务。因此，实现水下环境数据的检测和监控，发展物联网的水下延伸网络，对物联网的发展和应用有重大的意义。

但是水下信道环境与陆地上的空气信道环境有很大不同。陆地上广泛采用的电磁波无线通信，在水体介质信道高衰减环境下，并不适用；而激光、蓝绿光通信的成本高，通信信道抗干扰限制很大；因此，进行水下无线通信应用最广泛和成熟的手段，是水声声纳通信，在设备中对应的是水下声波换能通信模块。虽然水声声纳通信也存在速率低、环境噪声大的问题，但是，其具有成本低、技术成熟的优点。因此，在作为陆上物联网延伸的水下传感器网络，对于多数应用中的环境数据检测和传输，应用水声声纳通信方式，其速率已经可以满足环境传感器的数据采集和传输要求了。

水下声传感器网络的规模，根据所覆盖的水体空间大小和所需采集数据的采样点密度而定。在水下声传感器所需布设数量很大、水体覆盖面积广、水体深度大时，对于每个水下声传感器的初始化、配置和位置安放的传统方式，需要耗费大量的人力和时间，显得极其繁琐拖沓，因此，需要一种简便快捷的批量配制方法，实现大规模的水下声传感器网络的快速初始化和位置安放。

发明内容

本发明提供一种水体传感器网络及其组网方法和水下声传感器回收方法，水下声传感器批量配置和回收定位便捷高效。

为实现上述目的，本发明提供一种水体传感器网络，其特点是，该网络包含：水下声传感器网络、与水下声传感器网络通信连接的水面浮动中继网络、与水面浮动中继网络通信连接的陆上信息传输网络、以及通信连接陆上信息传输网络的监控数据处理终端；

上述水下声传感器网络根据水下深度分为若干个水深层，每一水深层布设若干水下声传感器；水下声传感器由深至浅以层层垂直上传的方式通信连接；

上述水面浮动中继网络包含若干水面浮动中继，处于最上层水深层的水下声传感器与信号强度最大的水面浮动中继通信连接。

上述的水下声传感器包含：

第一系统控制模块；

第一通信模块，其通信连接第一系统控制模块，用于与其他水下声传感器或水面浮动中继通信连接；

第一传感器模块，其通信连接第一系统控制模块，包含水体信息采集传感器和用于定期检测水下声传感器所处水深状态的水深压力传感器；

水深位置控制模块，其通信连接第一系统控制模块，根据第一传感器模块探测的水深状态控制水下声传感器配置到预设的水深层或上浮回收。

上述的第一通信模块包含：

第一Wi-Fi通信模块，其通信连接第一系统控制模块，用于在水面及以上的空气介质中水下声传感器在初始配置阶段的配置信息传输，以及在水下自动上浮后的回收阶段与水面浮动中继通信的水面定位和信息传输；

第一声波换能通信模块，其通信连接第一系统控制模块，用于在水下与其路由路径中的水下声传感器或水面浮动中继传输水体监测数据。

上述的水下声传感器还包含闪光信号模块，其通信连接第一系统控制模块，在的水下声传感器上浮后根据第一通信模块接收到的闪光信号命令，发出闪光信号，锁定水下声传感器的回收精确位置。

上述的水面浮动中继包含：

第二系统控制模块；

第二通信模块，其通信连接第二系统控制模块，用于与其他水面浮动中继或水下声传感器通信连接；

卫星定位模块，其通信连接第二系统控制模块，定位水面浮动中继的位置信息通过第二通信模块输出至陆上信息传输网络和监控数据处理终端；

第二传感器模块，其通信连接第二系统控制模块，采集并上传水面浮动中继所在位置的水面水体环境数据；

位置固定部件，其固定水面浮动中继在水面的位置。

上述第二通信模块包含：

第二Wi-Fi通信模块，其通信连接第二系统控制模块，用于在水面及以上的空气介质中水面浮动中继之间的通信、水面浮动中继与陆上中继之间的通信、水面浮动中继与自动上浮待回收的水下声传感器之间的通信；

第二声波换能通信模块，其通信连接第二系统控制模块，用于其所覆盖范围内的水下声传感器的数据传输和水体监测数据收集。

一种水体传感器网络的组网方法，其特点是，该组网方法包含：

每个水下声传感器投放至预设的水深层，水下声传感器相互通信组建水下声传感器网络；

水面浮动中继分布在水面上的预设位置，水面浮动中继相互通信组建水面浮动中继网络，接收水下声传感器网络上传的水体监测数据，并通过陆上信息传输网络通信连接陆上的监控数据处理终端。

上述组建水下声传感器网络的方法包含：

水下声传感器网络设定水下声传感器分布的水深层；

配置终端设备通过Wi-Fi批量设定各水下声传感器分布的水深层；

水下声传感器投放至水体的预设水平位置，进入预设的水深层后悬停；

水下声传感器接收其他水下声传感器周期性广播的水深数据，挑选并存储水深层位于自身所处位置上层的、且RSSI强度最大的水下声传感器的标识/地址信息，并将其作为最优的上一层的路由节点；

位于不同水深层的水下声传感器以垂直上传的路由方式逐层通信连接，组成水下声传感器网络。

上述水下声传感器网络中，最上层的水下声传感器还周期性广播当前已知的自身到水面浮动中继的路由跳数；

当最上层的水下声传感器无法实现与水面浮动中继直接通信的时候，其根据收到的周边的其他同层水下声传感器广播信息中的路由跳数信息以及RSSI强度信息，选择合适的横向路由路线，从而通过同层水下声传感器连接最近的水面浮动中继。

一种水下声传感器的回收方法，其特点是，该回收方法包含：

当水下声传感器监测到自身电池供电余量低于预设电量时，或者其预设的时间内没有收到其他水下声传感器和/或水面浮动中继的广播信息和反馈信息情况下，自动判断为已经水下脱网；

水下声传感器上浮至水面，通过Wi-Fi搜索附近的水面浮动中继的Wi-Fi信号；

当搜索到附近有水面浮动中继时，该上浮的水下声传感器接收若干水面浮动中继的定位信息以及接收包的RSSI强度信息，对自身所处的位置进行粗定位；

水下声传感器将自身的定位信息以及回收请求发送给RSSI强度最大的水面浮动中继，并由该水面浮动中继将信息转发给陆上的监控数据处理终端。

本发明水体传感器网络及其组网方法和水下声传感器回收方法和现有技术相比，其优点在于，本发明水下声传感器设有Wi-Fi通信功能，采用Wi-Fi搜索连接至附近配置终端设备，配置终端设备连接所有待配置的同层水下声传感器，利用Wi-Fi链路同时将配置信息发送给这一批待配置同层水下声传感器，实现布设大规模水下物联网声传感器网络时批量配置，而不用单独逐个配置，方便快捷，实现大面积大水深水体的水下传感器网络的便利布设和数据采集；

本发明水下声传感器上浮至水面，通过Wi-Fi搜索附近的水面浮动中继的Wi-Fi信号；当搜索到附近有水面浮动中继时，该上浮的水下声传感器接收若干水面浮动中继的定位信息以及接收包的RSSI强度信息，对自身所处的位置进行粗定，由水面浮动中继将信息转发给陆上的监控数据处理终端，以方便网络维护人员对其进行回收利用。

附图说明

图1为本发明水体传感器网络的结构示意图；

图2为本发明水下声传感器的结构示意图；

图3为本发明水面浮动中继的结构示意图；

图4为本发明水体传感器网络的组网方法的流程图；

图5为本发明水下声传感器的回收方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，公开了一种水体传感器网络，该网络包含：水下声传感器网络、与水下声传感器网络通信连接的水面浮动中继网络、与水面浮动中继网络通信连接的陆上信息传输网络、以及通信连接陆上信息传输网络的监控数据处理终端。

水下声传感器网络由大量水下声传感器Sn构成，由于该水下声传感器网络需要监控的水体水深较深，根据水体监控数据采集的空间密度要求，在实施例中，将水下声传感器网络根据水下深度分为三个水深层。每一水深层在合适位置布设若干水下声传感器Sn。

由于水声声道高噪声高衰减的特性，在深水中采集到的水体环境数据，应该采用在水下介质中物理距离尽可能短的路由方式，将数据传至水面之上，因此在水下介质中，尽量做到垂直上传，使数据上传到水面的跳数最小的路由方式是最合适水下应用环境的方式。

首先，进入正常工作模式，处于水下悬停状态水下声传感器，随时监控自身水深数据，并周期性的通过水声换能通信模块，以水声声纳通信方式向周边广播自身的表示/地址信息和水深数据，并侦听周边其他水下声传感器模块广播的水深数据和通信接收信号强度。

当该水下声传感器侦听一段时间之后，根据所采集到的周边其他水下声传感器发送的水深数据后，水下声传感器挑选并存储水深位置位于自身所处位置上层的、且RSSI强度最大的水下声传感器的标识/地址信息，默认作为其相对位置最接近垂直方位的、最优的上一层的路由节点。当需要传输水体检测数据时，该水下声传感器将数据打包，路由给其当前最优上一层水下声传感器网络节点。

如图1所示，第三层水下声传感器S31通过收听周边水下声传感器的广播信息，发现可以听到第二层水下声传感器S21和S22的广播信息，通过比较二者水深广播包的RSSI强度，挑选RSSI强度较大（一般距离较近，衰减较小，也即最为接近垂直方向）的S21作为上一层最优路由节点；同理，S21通过相同方式，挑选S11为上一层最优路由节点。

水面浮动中继网络由若干水面浮动中继Rn构成，处于最上层水深层的水下声传感器与信号强度最大的水面浮动中继通信连接。该实施例中，在水面布设有若干水面浮动中继Rn，负责收集其所在水面位置覆盖范围下，水下声传感器所采集的所有水体检测信息，并将所搜集的信息直接传输或通过其他水面浮动中继接力，发送至岸边由陆上中继Pn组成的陆上信息传输网络，并由陆上中继Pn将信息进一步发送至该物联网的数据监控中心或物联网云端服务器等监控数据处理终端。

水面浮动中继将接收到的水下声传感器采集到的水体环境信息，可以直接传输至陆上中继，或通过其他水面浮动中继将数据中转发送至陆上中继，继而发送给该网络的数据监控处理中心。如图1所示，水面浮动中继R1和R2皆可与陆上中继P1直接通信，陆上中继P1将从R1和R2收集到的水体环境监测信息转发给该网络的物联网数据监控中心，并将物联网数据监控中心所发出的数据或指令，反向发送给水面浮动中继R1、R2，或其下某个水下声传感器节点。

进一步的，水面浮动中继的信号覆盖范围和空气介质Wi-Fi信号传输距离远大于水下声传感器之间的水声声纳数据传输距离，因此在最上层水深层，由于间隔距离较远，有很多水下声传感器无法实现与水面浮动中继之间的直接可靠的水声通信，而必须借助同层其他水下声传感器做数据的中继传输。因此，最上层的水下声传感器除了周期性的向周边广播自身的水深数据之外，还应当广播当前已知的自己到水面浮动中继的路由跳数。

当最上层的某个或某些水下声传感器无法实现与水面浮动中继直接通信的时候，其系统控制模块根据收到的周边的其他同层水下声传感器广播信息中的路由跳数信息以及信号接收强度RSSI强度信息，选择合适的横向路由路线。

如图1所示，水下声传感器S13由于距离超出了其水声通信范围，无法与水面浮动中继R1和R2直接实现可靠通信。S13经过接听周边同层水下声传感器的广播数据，获得的信息为，S12可以一跳到水面浮动中继R1，S14可以一跳到水面浮动中继R2。同时，来自S12的广播包的RSSI强度弱于来自S14的广播包的RSSI强度。因此，最高水深层的水下声传感器S13选择S14作为其数据上传值水面浮动中继的中间路由节点，将该水下声传感器所得水体检测数据以及其下各个水深层的水下声传感器所路由至S13的水体检测数据，传输给水面浮动中继R2，并由R2进行后续的空气介质中的数据路由传输。

如图2所示，为水下声传感器的一种实施例，该水下声传感器包含：第一系统控制模块210、第一通信模块220、第一传感器模块230、水深位置控制模块240、电池供电模块250和闪光信号模块260。

第一通信模块220通信连接第一系统控制模块210，用于与其他水下声传感器或水面浮动中继通信连接。

第一通信模块220包含：第一Wi-Fi通信模块和第一声波换能通信模块。第一Wi-Fi通信模块通信连接第一系统控制模块210，用于该水下声传感器在水面及以上的空气介质中的信息传输，包括水下声传感器在初始配置阶段的配置信息传输，以及在水下自动上浮后的回收阶段的水面通信和回收请求信息传输。第一声波换能通信模块通信连接第一系统控制模块210，用于水下声传感器在水下正常工作模式时，在水下与其路由路径中的水下声传感器或水面浮动中继传输水体监测数据。

第一传感器模块230通信连接第一系统控制模块210，包含水体信息采集传感器和用于定期检测水下声传感器所处水深状态的水深压力传感器.由于在本发明中，水下信息路由依赖于水深状态，因此，所有的水下声传感器必须配备一个水深压力传感器，以定期检测传感器自身所处的水深状态。同时，根据不同的水体信息监控采集的需要，水下声传感器可以配备若干其他功能的传感器模块。

水深位置控制模块240通信连接第一系统控制模块210，包括水深升降机构和浮体结构（如浮筒）。水深位置控制模块240用于根据第一传感器模块探测的水深状态控制水下声传感器配置到预设的水深层，在系统控制模块的控制下，结合水深压力传感器检测的水深数据，将水下声传感器配置到系统预设的水深区间，并使其在该水深区间漂浮悬停。水深位置控制模块240还用于在自动上浮回收的阶段，控制水下声传感器上升至水面。

闪光信号模块260电路连接第一系统控制模块210，当水下声传感器进入上浮回收等待状态时，虽然可以提供粗定位信息给网络数据监控中心，但是在水面进行体积不大的水下声传感器的回收，仅依靠粗定位信息，对网络维护人员来说还是有不小的难度。当配备闪光信号作为回收辅助手段时，可以大大加快回收进度。但是，为了最大程度节省电能，闪光信号模块仅在待回收的水下声传感器接收到闪光信号命令之后开启。当网络维护人员到达粗定位位置，并开始回收时，网络数据监控中心或网络维护人员向要回收的水下声传感器发送闪光信号命令。接收到闪光信号命令后，该水下声传感器的系统控制模块控制闪光信号模块，开启闪光信号功能。

第一系统控制模块210用于控制水下声传感器在不同工作阶段和系统状态的系统动作，信息采集以及信息传输。

电池供电模块250电路连接第一系统控制模块210、第一通信模块220、第一传感器模块230、水深位置控制模块240，为水下声传感器提供电力供应。

如图3所示，为水面浮动中继的一种实施例，该水面浮动中继包含：第二系统控制模块310、第二通信模块320、卫星定位模块330、第二传感器模块340、供电模块350以及位置固定部件360。

第二通信模块320通信连接第二系统控制模块310，用于与其他水面浮动中继或水下声传感器通信连接。第二通信模块320包含：第二Wi-Fi通信模块和第二声波换能通信模块。

第二Wi-Fi通信模块通信连接第二系统控制模块310，用于水面上的空气介质中的数据通信，比如水面浮动中继之间的通信，水面浮动中继与陆上中继之间的通信，水面浮动中继与自动上浮待回收的水下声传感器之间的通信。

第二声波换能通信模块通信连接第二系统控制模块310。用于水面下水体介质中的数据通信，负责与该水面浮动中继所覆盖范围内的水下声传感器的数据传输和监测数据收集。

卫星定位模块330通信连接第二系统控制模块310。在较大面积开阔水域布设网络时，可以根据需要，在水面浮动中继上配备合适的卫星定位模块，如GPS模块、北斗模块、Glonass模块、伽利略定位模块等。该定位模块所提供的定位信息，可以定位水面浮动中继的位置信息通过第二通信模块输出至陆上信息传输网络和监控数据处理终端，协助数据监控中心进行监控网络管理和水域环境管理。

第二传感器模块340通信连接第二系统控制模块310，除了数据收集中继功能，水面浮动中继还可以配备若干传感器模块，用于收集水面浮动中继所在位置的水面水体环境数据。

第二系统控制模块310用于监测水面浮动中继系统的状态，控制该系统各模块的动作。

供电模块350电路连接第二系统控制模块310、第二通信模块320、卫星定位模块330、第二传感器模块340。其包括电池供电模块和可选的太阳能充电模块。在光照条件较好的应用环境，可以为水面浮动中继配备太阳能充电模块，以提供持续电源供应，延长水面浮动中继的人工维护周期，方便网络维护和管理。

位置固定部件360包括系泊索、锚等，用于在较恶劣的应用环境中，大致保持和固定水面浮动中继的位置，防止波浪、大风等对水面浮动中继位置的影响。

如图4所示，本发明还公开了一种水体传感器网络的组网方法，该组网方法具体包含以下步骤：

S410、物联网规划和布设人员根据需要监控的水体覆盖面积和水体深度、水体环境数据空间采集密度需求（采集点的空间间隔需求）以及所应用的水下声传感器水下通信距离范围，规划水下分层布局，并确定各个水深层的水深范围，估算每层所需水下声传感器数量以及每层布设水下声传感器的水深范围。

S420、然后，将每一特定水深层所需要配置的所有水下声传感器初始化上电，此时，初始化上电后的水下声传感器默认处于空气介质中，系统处于初始化待配置阶段，因此自动采用Wi-Fi传输模块，搜索连接至附近配置终端设备（如手机，PC端控制APP等）。配置终端设备连接所有待配置的同层水下声传感器，利用Wi-Fi链路同时将配置信息（包括水深信息）发送给这一批待配置同层水下声传感器，实现批量配置，而不用单独逐个配置，大大提高了配置效率。

S430、配置好所有水深层的水下声传感器后，网络布设人员可以在水体表面预设的位置投放各个水深层的水下声传感器。

如图1中，网络布设人员在位置一投放下水下声传感器S11、S21和S31，到位置二，投放水下声传感器S12、S22和S32，直至在所规划范围内按规划的水深分层和检测数据采集空间密度投放好所有配置好的的水下声传感器。

S440、入水后的水下声传感器的系统控制模块，根据水深压力传感器获得的水深数据以及预设配置好的工作水深范围（水深层），自主判断入水过程开始，控制水深升降机构调整自身水深位置，并在进入配置好的合适水深范围（水深层）后悬停。

S450、水下声传感器接收其他水下声传感器周期性广播的水深数据，挑选并存储水深层位于自身所处位置上层的、且RSSI强度最大的水下声传感器的标识/地址信息，并将其作为最优的上一层的路由节点。位于不同水深层的水下声传感器以垂直上传的路由方式逐层通信连接，组成水下声传感器网络，并使水下声传感器进入正常工作模式。

这样布设水下声传感器网络节点，不需要人工潜水布设，也不需要水下机器人布设，大大节省了人力物力成本，同时降低了布设的技术难度。

具体的，一般情况下，水面浮动中继的信号覆盖范围和空气介质Wi-Fi信号传输距离远大于水下声传感器之间的水声数据传输距离，因此在最上层水深层，有很多水下声传感器无法实现与水面浮动中继之间的直接水声通信，而必须借助同层其他水下声传感器做数据的中继传输。因此，最上层的水下声传感器除了周期性的向周边广播自身的水深数据之外，还应当广播当前已知的自己到水面浮动中继的路由跳数。当最上层的水下声传感器无法实现与水面浮动中继直接通信的时候，其系统控制模块根据收到的周边的其他同层水下声传感器广播信息中的路由跳数信息以及RSSI强度信息，选择合适的横向路由路线，从而通过同层水下声传感器连接最近的水面浮动中继。

S460、同时，网络布设人员在水面的预设位置，布设若干水面浮动中继，水面浮动中继相互通信组建水面浮动中继网络，接收水下声传感器网络上传的水体监测数据，向陆上数据处理监控中心的中继转发（即通过陆上信息传输网络通信连接陆上的监控数据处理终端）。

进一步的，水面浮动中继将接收到的水下声传感器采集到的水体环境信息，可以直接传输至陆上中继，或通过其他水面浮动中继将数据中转发送至陆上中继，继而发送给该网络的数据监控处理中心。

通常，水下声传感器网络需要布设的水下声传感器节点数量很大，而且水下环境复杂，没有多余动力装置的水下声传感器节点，很容易因为水流带动等原因，偏离待监控区域范围，从而失去与其他水下声传感器节点间的水声通信联系。同时，水下布设声传感器节点，人工水下操作有很大的限制，仅靠电池供电，在电力不足的情况下，自主的传感器节点回收可以节省很大的人力维护成本。

如图5所示，本发明还公开了一种水体传感器网络的水下声传感器的回收方法，该回收方法具体包含以下步骤：

S510、当水下声传感器监测到自身电池供电余量低于预设电量阈值时，或者其预设的时间内没有收到其他水下声传感器和/或水面浮动中继的广播信息和反馈信息情况下，自动判断需要更换电池、或为已经水下漂移偏离偏离水下网络覆盖范围造成水下脱网。

S520、水下声传感器的系统控制模块控制系统进入自动上浮回收状态，发出上浮指令，利用水深升降机构，将该水下声传感器上浮至水面。

S530、当水深压力传感器检测到已经完成上浮过程，到达空气介质界面时，通系统控制模块控制该水下声传感器将通信模式切换到Wi-Fi通信，通过Wi-Fi搜索并试图连接附近的水面浮动中继的Wi-Fi信号。

由于不知道偏离实际距离，在此时，可以采用一些Wi-Fi厂商提供的私有长距离Wi-Fi模式（如ESP32 的LR模式等），以增大搜索范围，当然水面浮动中继也要相应的支持上述私有长距离Wi-Fi模式。

S540、当搜索到附近有水面浮动中继时，该自动上浮的水下声传感器通过连接周边的水面浮动中继，并与其进行通信交换数据，利用从若干个水面浮动中继所获得的水面浮动中继的定位位置信息和包交换时得到的信号强度信息RSSI强度信息，对自身所处的位置进行粗定位，其定位精度很大程度上依赖于可连接的水面浮动中继数量。

S550、水下声传感器将自身身份信息、回收请求以及粗定位信息发送给RSSI强度最大的水面浮动中继，并由该水面浮动中继将信息转发给陆上的监控数据处理终端，以方便网络维护人员对其进行回收利用。

由于网络维护人员很难做到第一时间对上浮待回收的水下声传感器进行回收，而水体表面的波动，会使自动上浮等待回收的水下声传感器在较长的等待回收的过程中，逐渐漂移。因此，该自动上浮等待回收的水下声传感器需要定时更新周边水面浮动中继的连接状况，并根据更新得到的信息，更新自己的粗定位位置，并通过水面浮动中继等路由发送给网络数据监控中心，以使网络数据监控中心可以实时掌握回收位置信息变化。

当网络维护人员到达粗定位的目标位置，并开始对自动上浮待回收的水下声传感器进行回收操作时，网络维护人员向其发送闪光信号命令，启动待回收的水下声传感器的闪光信号模块功能，辅助网络维护人员实现快速定位回收。可以有两种方式向待回收的水下声传感器发送闪光信号命令：1）由于已经在粗定位位置附近，网络维护人员可以通过手持终端设备的Wi-Fi模块，直接向水下声传感器的标识/地址信息，单播发送闪光信号命令；2）网络维护人员通过手持设备通知网络数据监控中心，由网络数据监控中心通过陆上中继和水面浮动中继，采用Wi-Fi通信方式，向待回收水下声传感器发送闪光信号命令。

如图1所示，处于水深层三的水下声传感器S36由于某种原因，选择自主上浮，请求回收。S36可以与水面浮动中继R1和R2进行通信，并将回收请求通过距离较近，RSSI强度较高的R1发送给陆上中继P1，继而发送给该网络的物联网数据监控中心。S36在等待回收的过程中，不断更新自身粗定位信息，并将信息更新给网络数据监控中心。当有网络维护人员进行回收时，可以向S36发送闪光信号命令，方便回收。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种水体传感器网络，其特征在于，该网络包含：水下声传感器网络、与水下声传感器网络通信连接的水面浮动中继网络、与水面浮动中继网络通信连接的陆上信息传输网络、以及通信连接陆上信息传输网络的监控数据处理终端；

所述水下声传感器网络根据水下深度分为若干个水深层，每一水深层布设若干水下声传感器；水下声传感器由深至浅以层层垂直上传的方式通信连接；

所述水面浮动中继网络包含若干水面浮动中继，处于最上层水深层的水下声传感器与信号强度最大的水面浮动中继通信连接；

所述的水下声传感器包含：

第一系统控制模块；

第一通信模块，其通信连接第一系统控制模块，用于与其他水下声传感器或水面浮动中继通信连接；

第一传感器模块，其通信连接第一系统控制模块，包含水体信息采集传感器和用于定期检测水下声传感器所处水深状态的水深压力传感器；水深位置控制模块，其通信连接第一系统控制模块，根据第一传感器模块探测的水深状态控制水下声传感器配置到预设的水深层或上浮回收；所述的第一通信模块包含：

第一Wi-Fi通信模块，其通信连接第一系统控制模块，用于在水面及以上的空气介质中水下声传感器在初始配置阶段的配置信息传输，以及在水下自动上浮后的回收阶段与水面浮动中继通信的水面定位和信息传输；

第一声波换能通信模块，其通信连接第一系统控制模块，用于在水下与其路由路径中的水下声传感器或水面浮动中继传输水体监测数据；

所述的水下声传感器还包含闪光信号模块，其通信连接第一系统控制模块，在的水下声传感器上浮后根据第一通信模块接收到的闪光信号命令，发出闪光信号，锁定水下声传感器的回收精确位置。

2.如权利要求1所述的水体传感器网络，其特征在于，所述的水面浮动中继包含：

第二系统控制模块；

第二通信模块，其通信连接第二系统控制模块，用于与其他水面浮动中继或水下声传感器通信连接；

卫星定位模块，其通信连接第二系统控制模块，定位水面浮动中继的位置信息通过第二通信模块输出至陆上信息传输网络和监控数据处理终端；

第二传感器模块，其通信连接第二系统控制模块，采集并上传水面浮动中继所在位置的水面水体环境数据；

位置固定部件，其固定水面浮动中继在水面的位置。

3.如权利要求2所述的水体传感器网络，其特征在于，所述第二通信模块包含：

第二Wi-Fi通信模块，其通信连接第二系统控制模块，用于在水面及以上的空气介质中水面浮动中继之间的通信、水面浮动中继与陆上中继之间的通信、水面浮动中继与自动上浮待回收的水下声传感器之间的通信；

第二声波换能通信模块，其通信连接第二系统控制模块，用于其所覆盖范围内的水下声传感器的数据传输和水体监测数据收集。

4.一种水体传感器网络的组网方法，其特征在于，该组网方法包含：

每个水下声传感器投放至预设的水深层，水下声传感器相互通信组建水下声传感器网络；

水面浮动中继分布在水面上的预设位置，水面浮动中继相互通信组建水面浮动中继网络，接收水下声传感器网络上传的水体监测数据，并通过陆上信息传输网络通信连接陆上的监控数据处理终端；所述组建水下声传感器网络的方法包含：

水下声传感器网络设定水下声传感器分布的水深层；

配置终端设备通过Wi-Fi批量设定各水下声传感器分布的水深层；

所述配置终端设备通过Wi-Fi批量设定各水下声传感器分布的水深层的步骤包括：将每一特定水深层所需要配置的所有水下声传感器初始化上电，此时，初始化上电后的水下声传感器默认处于空气介质中，系统处于初始化待配置阶段，因此自动采用Wi-Fi传输模块，搜索连接至附近配置终端设备；配置终端设备连接所有待配置的同层水下声传感器，利用Wi-Fi链路同时将配置信息发送给这一批待配置同层水下声传感器；

水下声传感器投放至预设的水面位置，下沉进入预设的水深层后悬停；

水下声传感器接收其他水下声传感器周期性广播的水深数据，挑选并存储水深层位于自身所处位置上层的、且RSSI强度最大的水下声传感器的标识/地址信息，并将其作为最优的上一层的路由节点；

位于不同水深层的水下声传感器以垂直上传的路由方式逐层通信连接，组成水下声传感器网络。

5.如权利要求4所述的水体传感器网络的组网方法，其特征在于，所述水下声传感器网络中，最上层的水下声传感器还周期性广播当前已知的自身到水面浮动中继的路由跳数；

当最上层的水下声传感器无法实现与水面浮动中继直接通信的时候，其根据收到的周边的其他同层水下声传感器广播信息中的路由跳数信息以及RSSI强度信息，选择合适的横向路由路线，从而通过同层水下声传感器连接最近的水面浮动中继。

6.一种如权利要求1所述水体传感器网络中的水下声传感器的回收方法，其特征在于，该回收方法包含：

当水下声传感器监测到自身电池供电余量低于预设电量时，或者其预设的时间内没有收到其他水下声传感器和/或水面浮动中继的广播信息和反馈信息情况下，自动判断为已经水下脱网；

水下声传感器上浮至水面，通过Wi-Fi搜索附近的水面浮动中继的Wi-Fi信号；

当搜索到附近有水面浮动中继时，该上浮的水下声传感器接收若干水面浮动中继的定位信息以及接收包的RSSI强度信息，对自身所处的位置进行粗定位；

水下声传感器将自身的定位信息以及回收请求发送给RSSI强度最大的水面浮动中继，并由该水面浮动中继将信息转发给陆上的监控数据处理终端。