本发明专利技术涉及一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置及其组网方法，其包括水质传感器模块、陀螺仪与加速度传感器模块、避障传感器模块、尾部无刷电机、方向舵与升降舵、微控制器模块、气泵控制电机、水声通信模块以及太阳能电池和蓄电池双组合电源模块。所述的多功能移动辅助组网装置有两种移动模式，一种是在网络正常情况下，按照预定的路线移动并记录沿路线的水质变化，另一种是在网络出现问题时，根据网络反馈信息进行干预，实现网络的无死角全覆盖及自配置维护。网络恢复正常后，多功能移动辅助组网装置返回原来的路线行进。本发明专利技术具有结构简单、适用范围广、实时性强等优点，适用于诸多水下应用，有较好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及一种网络通信系统，具体涉及，属于水下声波传感器网络通信组网
【
技术介绍
】 水声传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks，UASNs)是由多功能微型水下传感器节点以声波通信链路自组织形成的无线网络。它是借助水下传感器节点装配的传感器模块，协作地实时监测、感知和采集水下环境下被测对象的数据，及借助其装配的浮筒模块和气泵控制节点的上下浮动，布设在不同深度形成三维网络，并利用自带的处理器和存储器分别进行处理和存储，同时每个水下传感器节点依赖声波通信模块接收及转发数据信息。但是，在水声传感器网络的绝大多数应用中，节点无法回收再利用，且没有考虑水流引起的节点移动性及障碍物造成的盲点覆盖区域，从而导致节点脱离拓扑控制范围及链路的损坏。因此，对于水下环境的全覆盖监测，需要有效的节点部署方法及自配置组网维护策略对目标区域进行实时可靠的监测。目前，面向UASNs的传统节点部署方法主要包括静态节点部署、自主调整节点部署和移动辅助节点部署。对于静态节点部署方法，假设传感器节点在部署之后是静止的，其方法简单且高效节能，但其忽视了水流引起的移动性及障碍物造成的盲点覆盖区域这两个不可避免的实际因素，因此，其不能解决大规模UASNs的实时监测应用问题。对于自主调整节点部署方法，传感器节点在初步部署后可以调节其在水下环境的位置，从而满足一些特定应用的需求，且考虑了节点的移动性，但其调整位置消耗额外的能量，网络的平均能耗较大。对于移动辅助节点部署方法，其利用自主水下航行器(AUVs)或无人水下航行器(UUVs)等各种水下移动节点协助其它水下传感器节点完成监测任务。但水下移动节点消耗能量非常大，需要定时人工补充能量。因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的基于水声传感器网的移动辅助组网装置及其组网方法，以克服现有技术中的所述缺陷。【
技术实现思路
】为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置，其采用太阳能电池和蓄电池双电源供电模式及事件触发机制，解决了水流引起的移动性及障碍物造成的盲点覆盖区域问题，保证全网无死角覆盖及维护网络的连通性，且无需人工补充能量，特别适用于水下传感器节点构成的分布式分簇三维网络，可实现远程监控，监测范围广，可靠性好，适用于诸多水下应用，有较好的应用前景。本专利技术的另一目的在于提供一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置的组网方法。为实现上述第一目的，本专利技术采取的技术方案为:一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置，其包括用于采集周围物理环境数据的水质传感器模块、用于获取其游动姿态的陀螺仪与加速度传感器模块、用于避开水下障碍物的避障传感器模块、用于发动螺旋桨的尾部无刷电机、用于配合控制改变方向的方向舵与升降舵、用于整个多功能移动辅助组网装置执行操作的微控制器模块、用于驱动气泵抽水入水或排出舱内水的气泵控制电机、用于与相邻分簇内的簇头节点及与其它多功能移动辅助组网装置通信的水声通信模块以及用于其供电的太阳能电池和蓄电池双组合电源模块。本专利技术的基于水声传感器网的多功能移动辅助组网装置进一步为:其有两种移动模式，一种是在分簇网络正常情况下，按照预定的路线移动，其功能是采集沿路线的物理环境数据，对路线的水质变化进行评估，并将评估结果直接传输至水面浮标节点；另一种是在分簇网络出现问题时，根据反馈的网络状态信息决定移动路线及功能，实现网络的无死角全覆盖及自配置维护；网络恢复正常后，多功能移动辅助组网装置返回原来的路线行进。为实现上述第二目的，本专利技术采取的技术方案为:一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置的组网方法，其特征在于:包括如下步骤:首先，配置需要部署的水下传感器节点的漂浮控制模块参数，并将节点均匀分布在目标区域的不同深度；在投放多功能移动辅助组网装置后，网络进入初始化状态；水下传感器节点在三维空间内形成若干个分簇，每个分簇选择簇头，形成自组织网络；然后，分簇构建完成后，簇内组网通信成功，簇与簇之间组网通信成功，簇头与相邻的多功能移动辅助组网装置通信成功，簇与水面浮标节点通信成功；簇内的非簇头节点以单跳方式传输至本簇的簇头，簇头广播簇内的网络状态信息，相邻簇头接收信息后，以多跳方式转发至水面浮标节点，相邻多功能移动辅助组网装置接收到信息后，根据其信息决定自己的行进路线；其次，当多功能移动辅助组网装置接收到的数据包中有节点失联的信息，首先判断自己的能量是否充足，若能量小于某个阈值，则浮于水面进行太阳能充电，充电结束后潜回原来的位置继续工作；若能量充足，则根据相邻多个簇头的信息包计算失联节点的个数，若失联节点数量超过阈值，则部署新的水下传感器节点，多功能移动辅助组网装置保持原来的轨迹行进；若失联节点数量不多，则根据位置信息移动至相应的位置充当其角色，直到新的水下传感器节点部署至该位置；最后，新的水下传感器节点部署完成后，能量小于阈值的旧水下传感器节点判定为死亡节点，其将浮标气囊完全打开，使节点浮于水面；多功能移动辅助组网装置完成网络维护任务后，返回原来的路径继续行进。本专利技术的基于水声传感器网的移动辅助组网装置的组网方法进一步为:所述阈值为该层部署多功能移动辅助组网装置个数的二分之一。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果:(I)多功能移动辅助组网装置采用太阳能和蓄电池双电源组合供电，在电量不足的情况下可以浮于水面进行太阳能充电，延长了多功能移动辅助组网装置的工作生命周期。(2)多功能移动辅助组网装置的移动行为采用自适应优化控制算法及事件触发机制，当节点失联事件触发后，可以及时移动至对应位置充当其角色，实现全网覆盖及连通性，并保证与分簇内的簇头通信的同时减少行进距离，节省能耗。(3)多功能移动辅助组网装置在网络正常情况下按照预定的路线移动，其采集沿路线的物理环境数据，对路线的水质变化进行评估，最终监控中心可以获得动态的水下环境数据。(4)多个多功能移动辅助组网装置以自适应感知有损链路及盲点覆盖区域的方式，及时补上盲点覆盖区域，可实现全网无死角覆盖及连通性。(5)其有效解决水流引起的节点移动性及障碍物造成的链路中断问题，在水下传感器节点分布稀疏或链路中断情况下，该多功能移动辅助组网装置能够及时移动至相应位置充当其角色，实现网络的自配置维护。该装置具有扩展灵活、高效率、高可靠性等特点，为水下声波传感器网当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置，其特征在于：包括用于采集周围物理环境数据的水质传感器模块、用于获取其游动姿态的陀螺仪与加速度传感器模块、用于避开水下障碍物的避障传感器模块、用于发动螺旋桨的尾部无刷电机、用于配合控制改变方向的方向舵与升降舵、用于整个多功能移动辅助组网装置执行操作的微控制器模块、用于驱动气泵抽水入水或排出舱内水的气泵控制电机、用于与相邻分簇内的簇头节点及与其它多功能移动辅助组网装置通信的水声通信模块以及用于其供电的太阳能电池和蓄电池双组合电源模块。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：屠德展，洪榛，高学江，王瑞，潘晓曼，宋婷婷，屠碧琪，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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