海上遇险救生自组网手持终端制造技术

本发明专利技术公开了一种海上遇险救生自组网手持终端，包括低频无线通信模块和支持GPS定位功能的卫星通信模块，在人员遇险落水后，低频无线通信模块被触发而自动开启，并与其他落水人员的手持终端共同建立起海上遇险救生自组网；所述的自组网包括多个子网，在各个子网中采用分级式的网络结构，并在各子网中将子网划分为多个簇，每个簇由一个簇头节点和多个成员节点组成；在同一子网内，权重最大的簇头节点打开其卫星通信模块，与海上搜救中心进行通信，并负责子网内其他簇头节点与海上搜救中心之间的信息转发。本发明专利技术可适应海上移动节点的动态拓扑变化，融合卫星通信的优势，给遇险人员与搜救中心之间提供通信支持，并最大限度降低卫星通信费用。

Maritime distress life-saving ad hoc network handheld terminal

The invention discloses a handheld terminal of a maritime distress rescue self-organizing network, which comprises a low-frequency wireless communication module and a satellite communication module supporting GPS positioning function. After a person is in distress and falling into the water, the low-frequency wireless communication module is triggered and automatically opened, and the handheld terminal of the other persons in distress and rescuing at sea is jointly established. The ad hoc network includes a plurality of subnets, in which a hierarchical network structure is adopted and subnets are divided into clusters, each of which consists of a cluster head node and a plurality of member nodes. In the same subnet, the cluster head node with the largest weight opens its satellite communication module and searches at sea. The rescue center communicates with each other and is responsible for the information forwarding between other cluster head nodes in the subnet and the maritime search and rescue center. The invention can adapt to the dynamic topological change of the mobile node at sea, integrate the advantages of satellite communication, provide communication support between the rescue center and the rescue personnel in distress, and minimize the cost of satellite communication.

【技术实现步骤摘要】
海上遇险救生自组网手持终端
本专利技术涉及多模无线通信
，具体涉及一种海上遇险救生自组网手持终端。
技术介绍
中国是海洋大国，近年来各种涉海、用海活动数量增多、规模增大，海上遇险事故随之增多。海上搜救工作对保障人民生命财产安全具有重要意义。海上搜救工作难度大，主要是因为搜救范围广，自然环境复杂，并且遇险船只的通信网络设施极有可能遭到破坏，给遇险人员的精确定位和险情评估带来很大困难。对于大多数涉海人员来说，当前海上通信的方式主要有三种：手机、无线电台和卫星通信。电信运营商均拥有自己的陆地移动蜂窝网，提供手机通信服务。但是，由于陆地移动蜂窝网覆盖范围的限制，手机通信只能在距离海岸较近的海域使用，较远的海域则是移动蜂窝网覆盖的盲区。无线电台是船上普遍配备和广泛使用的无线通信设备，能为船舶提供安全信息、航行警告、天气预报、水文等信息以及海上搜救信息通信服务等。但是，海上遇险事故发生时，船舶上预先配备的通信设备往往在恶劣环境下遭到破坏，且一旦遇险人员脱离船只，散布于海上，该设备无法为分散的落水人员与海上搜救中心之间提供可靠的通信支持，给搜救工作带来极大困难，从而失去最佳救援时间。卫星通信是以其覆盖范围广、不受地理条件影响等优势与陆上通信系统形成互补，在我国的水利防汛、渔政以及地震救灾等方面已经得到广泛运用，但是其相对高昂的通信费用限制了卫星通信在个人通信市场的使用。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种海上遇险救生自组网手持终端，将移动自组织网络与卫星通信相结合，为脱离船舶的众多海上遇险人员与海上搜救中心之间提供通信服务，解决了移动自组网中脱网节点的通信问题和卫星通信费用高昂的问题。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种海上遇险救生自组网手持终端，包括低频无线通信模块和支持GPS定位功能的卫星通信模块，在携带有所述手持终端的人员遇险落水后，低频无线通信模块被触发而自动开启，并与其他落水人员的手持终端共同建立起海上遇险救生自组网；所述的自组网包括多个子网，在各个子网中采用分级式的网络结构，并在各子网中将子网划分为多个簇，每个簇由一个簇头节点和多个成员节点组成；在同一子网内，权重最大的簇头节点打开其卫星通信模块，与海上搜救中心进行通信，并负责子网内其他簇头节点与海上搜救中心之间的信息转发。进一步地，在建立海上遇险救生自组网的过程中，脱网的孤立节点自动打开其卫星通信模块，向海上搜救中心发送其地理位置信息。进一步地，所述的各个子网中，采用基于节点度和剩余能量的组合加权分簇方法将子网划分为多个簇；所述的加权分簇方法包括以下步骤：S1.子网内的每个节点，包括簇头节点和成员节点在各自的通信半径内周期性地广播本节点的信息单元，并收集邻节点的信息单元；所述的信息单元包括以下信息：IDwFlagMy_CHNnbr其中，ID表示节点的识别码，w表示节点的组合权重，Flag表示节点的当前状态，My_CH表示簇头节点集合，Nnbr表示邻节点集合；所述的w的计算公式为：wi＝αDi+βEi上式中，Di表示节点i的度，Ei表示节点i的剩余能量，α和β表示权重系数；S2.更新本节点的组合权重w和邻节点集合Nnbr；S3.如果本节点中的邻节点集合Nnbr是空集，说明本节点脱网，则本节点宣称自己为簇头节点，打开本节点的卫星通信模块与海上搜救中心通信；S4.如果本节点中的邻节点集合Nnbr不为空，则比较本节点与邻节点的组合权重w，将权重最大的节点选举为簇头节点，簇头节点的邻节点作为该簇头节点的成员节点。进一步地，所述的各个子网采用加权分簇方法进行分簇后，即进入簇维护阶段，簇维护包括簇内维护和簇间维护，其中，簇内维护包括簇头节点对簇内成员节点的拓扑动态维护、更新以及簇的融合过程，簇间维护包括簇头节点之间的拓扑信息交互。进一步地，所述的簇维护阶段中，用到的控制消息有：CM消息：簇头节点向其通信半径内节点广播的簇内维护消息，作用是请求通信半径内节点的信息单元；CMR消息：节点在收到CM消息后回复给簇头节点CMR消息，该消息包含了本节点的信息单元；ICM消息：簇头节点在子网内广播的簇间维护消息，该消息包含了簇头节点的拓扑结构信息，用于簇头节点之间的拓扑信息交互。进一步地，所述的簇内维护包括簇头节点对簇内成员节点的拓扑动态维护、更新以及簇的融合过程，包括：S1.簇头节点在簇内周期地广播CM消息，并收集各类控制消息；S2.如果簇头节点u收到某个成员节点v发送的CMR消息，则判断该成员节点v是否属于本簇头节点u的邻节点集合Nnbr；S3.如果成员节点v属于簇头u的Nnbr，则Nnbr保持不变；S4.如果成员节点v不属于簇头u的Nnbr，则将成员节点v加入簇头节点u的Nnbr中；S5.如果簇头节点u收到了另一个簇头节点h广播的CM消息，则簇头节点u判断其Nnbr中节点状态；S6.如果簇头节点u的Nnbr中均为网关节点，则簇头节点u放弃簇头状态，变成普通节点，并将另一簇头节点h加入到u的My_CH集合中；S7.如果簇头节点u的Nnbr中有至少一个网关节点，则簇头节点u仍保持其簇头状态；所述的网关节点为同处于相邻的两个簇内，负责这两个簇的簇头节点之间的信息转发的成员节点。进一步地，所述的簇内维护之后，每个子网通过以下步骤与海上搜救中心进行通信：S1.每个簇头节点在子网内周期地广播ICM消息，并收集子网内其他簇头节点广播的ICM消息，从而达到维护簇间拓扑信息的目的；S2.如果在一个周期内，簇头节点没有收到任何簇头节点广播的ICM消息，说明该簇头节点脱网，则该簇头节点打开卫星通信模块，单独与海上搜救中心通信；S3.如果簇头节点收到其他簇头节点发送的ICM消息，则比较本簇头其他簇头的组合权重w；S4.权重最大的簇头节点打开卫星通信模块，与海上搜救中心通信。进一步地，所述的簇内维护过程还包括：S1.成员节点在簇维护期间按周期收集消息；S2.如果成员节点在周期内没有收到任何簇头节点发送的CM消息，说明该节点脱网，则该节点打开卫星通信模块退出簇内维护过程；S3.如果成员节点收到簇头节点发送的CM消息，则更新成员节点的簇头节点集合My_CH，并回复该簇头节点CMR消息；S4.如果成员节点收到其他成员节点发送的CMR消息，则更新本节点的邻节点集合Nnbr；S5.成员节点判断其簇头节点集合My_CH中节点个数；S6.如果其簇头节点集合My_CH中节点个数等于1，则该节点仍为成员节点；S7.如果其簇头节点集合My_CH中节点个数大于1，则将该节点的状态变为网关节点，负责跨簇通信时数据分组的簇间转发工作。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点:1.将移动无线自组织网络与卫星通信相结合，为脱离船舶的众多海上遇险人员与海上搜救中心之间提供通信服务。2.海上遇险救生自组网采用分级式网络结构，簇头节点融合了簇内成员节点的数据之后再集中进行转发，能有效地减少数据冗余，减少网络中控制信息的开销，便于网络管理，提高了网络的可扩展性。3.成员节点的功能较为简单，无须维护复杂的拓扑信息，大大减少了网络中控制信息的开销，可以对海上遇险救生自组网的拓扑变化作出快速反应。4.每个子网中，组合权重最大的簇头节点打开卫星通信模块，成员节点和多数分簇头节点在大部分时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上遇险救生自组网手持终端，其特征在于，包括低频无线通信模块和支持GPS定位功能的卫星通信模块，在人员遇险落水后，低频无线通信模块被触发而自动开启，并与其他落水人员的手持终端共同建立起海上遇险救生自组网；所述的自组网包括多个子网，在各个子网中采用分级式的网络结构，并在各子网中将子网划分为多个簇，每个簇由一个簇头节点和多个成员节点组成；在同一子网内，权重最大的簇头节点打开其卫星通信模块，与海上搜救中心进行通信，并负责子网内其他簇头节点与海上搜救中心之间的信息转发。

【技术特征摘要】
1.一种海上遇险救生自组网手持终端，其特征在于，包括低频无线通信模块和支持GPS定位功能的卫星通信模块，在人员遇险落水后，低频无线通信模块被触发而自动开启，并与其他落水人员的手持终端共同建立起海上遇险救生自组网；所述的自组网包括多个子网，在各个子网中采用分级式的网络结构，并在各子网中将子网划分为多个簇，每个簇由一个簇头节点和多个成员节点组成；在同一子网内，权重最大的簇头节点打开其卫星通信模块，与海上搜救中心进行通信，并负责子网内其他簇头节点与海上搜救中心之间的信息转发。2.如权利要求1所述的海上遇险救生自组网手持终端，其特征在于，在建立海上遇险救生自组网的过程中，脱网的孤立节点自动打开其卫星通信模块，向海上搜救中心发送其地理位置信息。3.如权利要求1所述的所述的海上遇险救生自组网手持终端，其特征在于，所述的各个子网中，采用基于节点度和剩余能量的组合加权分簇方法将子网划分为多个簇；所述的加权分簇方法包括以下步骤：S1.子网内的每个节点，包括簇头节点和成员节点在各自的通信半径内周期性地广播本节点的信息单元，并收集邻节点的信息单元；所述的信息单元包括以下信息：IDwFlagMy_CHNnbr其中，ID表示节点的识别码，w表示节点的组合权重，Flag表示节点的当前状态，My_CH表示簇头节点集合，Nnbr表示邻节点集合；所述的w的计算公式为：wi＝αDi+βEi上式中，Di表示节点i的度，Ei表示节点i的剩余能量，α和β表示权重系数；S2.更新本节点的组合权重w和邻节点集合Nnbr；S3.如果本节点中的邻节点集合Nnbr是空集，说明本节点脱网，则本节点宣称自己为簇头节点，打开本节点的卫星通信模块与海上搜救中心通信；S4.如果本节点中的邻节点集合Nnbr不为空，则比较本节点与邻节点的组合权重w，将权重最大的节点选举为簇头节点，簇头节点的邻节点作为该簇头节点的成员节点。4.如权利要求3所述的海上遇险救生自组网手持终端，其特征在于，所述的各个子网采用加权分簇方法进行分簇后，即进入簇维护阶段，簇维护包括簇内维护和簇间维护，其中，簇内维护包括簇头节点对簇内成员节点的拓扑动态维护、更新以及簇的融合过程，簇间维护包括簇头节点之间的拓扑信息交互。5.如权利要求4所述的海上遇险救生自组网手持终端，其特征在于，所述的簇维护阶段中，用到的控制消息有：CM消息：簇头节点向其通信半径内节点广播的簇内维护消息，作用是请求通信半径内节点的信息单元；CMR消息：节点在收到CM消息后回复给簇头节点CMR消息，该消息包含了本节点的信息单元；ICM消息：簇头节点在子网内广播的簇间维护...

【专利技术属性】
技术研发人员：代亮，张亚楠，陈婷，钱超，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61