用于海上Ad hoc组网通信的控制系统、方法、终端技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种用于海上Ad hoc组网通信的控制系统、方法、终端，使用GIS系统进行统一授时，达到全网时间同步；本发明专利技术通过分簇结构组网，正常工作时，利用系统的低速通信模块进行网络维护，利用高速通信模块承担网络业务通信。高速通信模块异常或繁忙时，可以使用低速通信模块实现应急的短报文、AIS和语音通信。高速通信模块工作在400MHz至600MHz，便于通信系统向军民两用方向升级，通信速率可达100Mbps；低速通信模块工作在30MHz左右的渔用通信频段，通信速率最高为800Kbps；硬件支持亚毫秒级定时，满足基于高精度TDMA的路由协议的时隙分配需求，软件部分搭载无线Ad hoc网络协议栈，用于分簇结构的Ad hoc网络组网。

【技术实现步骤摘要】
用于海上Adhoc组网通信的控制系统、方法、终端
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种用于海上Adhoc组网通信的控制系统、方法、终端。
技术介绍
我国海域辽阔，是水产品生产和贸易大国。随着我国渔业的发展，渔业无线通信显得越来越重要，保障海上作业的安全、加强渔船管理、提高通讯速率等成为海上通信系统开发的关键。由于渔业生产的特点，船只移动速度相对缓慢，网络拓扑变化慢，与GPS定位系统相结合，定位信息准确。海洋渔船通信存在的主要问题是当大量渔船聚集作业时，不可能为每一渔船用户分配一个独立的信道，造成通信网络内信号拥塞，信息不能及时传达，通信质量受到严重影响。当前，我国广泛应用的海洋通信系统主要包括海上无线通信系统、海洋卫星通信系统和基于陆地蜂窝网络的岸基移动通信系统。它们共同构成一个基本实现海洋全覆盖的通信网络。该系统能够保障近海、远海和远洋的船舶-海岸、船舶-船舶的日常通信。海洋卫星通信系统最突出的优点是通信距离较远，但卫星通信的应用成本较为昂贵，且通信带宽受限，而我国陆地公共移动通信系统发展完善，作为海上无线通信和卫星通信的补充。在近海区域，岸基移动通信系统具有独特的通信优势，最大的不足就是覆盖的沿岸海域范围太小，因此，将陆地通信网络拓展到近海海洋的关键难点是如何提高其覆盖范围。因此，解决上述问题的技术核心是将自组网络技术与渔船作业特点相结合，建立适用于海上渔船无线自组织网络，更好地为近海作业的渔船提供可靠保障的通信服务。AdHoc(点对点)网络是自组织、多跳的宽带无线分布式网络，具有快速部署、易于拓展、快速自愈等特点。而现今的无线网络不仅要有较高传输速率和较大网络容量，还要求覆盖范围广、传输可靠性高和可扩展性强等。为了应对这些需求，AdHoc网络还有着诸多问题等待解决。虽然Adhoc网络非常适合应用在近海渔船间的通信场景中，但目前并没有被广泛使用。这使得很多相关的研究，尤其是海上渔用Adhoc网络的研究大多停留在仿真阶段。因此，为了促进海上渔用Adhoc网络的应用，搭建一个通用的渔用综合通信平台进行Adhoc组网成为亟待完成的任务。传统的渔用电台工作在30MHz左右的频段，渔船单跳范围大但数据传输速率较低，由于带宽需求越来越大，因此需要添加高速通信功能。考虑到渔船在海上对位置信息的依赖程度较高，渔用的通信平台有必要装载GIS功能。在这个基础上，实现渔用Adhoc网络时可以引入位置信息进行节点的管理。除此之外，越来越多的Adhoc网络协议设计需要高精度的定时信息，因此亚毫秒级的精确定时也是这类通信平台的主要需求之一。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的渔用电台工作在30MHz左右的频段，渔船单跳范围大但数据传输速率较低，且单跳范围不能满足当前通信距离的需求。解决以上问题及缺陷的难度为：(1)传统渔用通信系统工作在30MHz的超短波频段，频谱拥挤，很难提高通信速率。(2)海上渔用单跳通信距离受限于地球曲率半径和天线高度，一般不超100km，且难以建立固定基站或者中转站，不能满足广大海域远距离用户间的通信需求。解决以上问题及缺陷的意义为：(1)提升渔用电台的通信速率，可以丰富海上作业人员的日常生活。(2)Adhoc网络可以多跳组网，在高速通信的前提下，拓展渔用通信电台的通信范围，方便渔政部门进行管理。(3)通过本专利技术，可以验证多种Adhoc网络路由协议，为相关研究提供验证平台。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于海上Adhoc组网通信的控制系统、方法、终端。本专利技术是这样实现的，一种用于海上Adhoc组网通信控制方法，所述用于海上Adhoc组网通信控制方法包括：第二步，划分子时隙，节点根据自身在簇中的位置，并根据硬件提供的高精度时隙功能，在对应的时隙发送HELLO分组消息；第三步，当邻居节点发现时段结束，所有节点按照距离簇中心最近原则完成簇首选举；第四步，簇首选举结束后，利用低速通信模块进行路由和网络维护，利用高速通信模块为主进行网络业务通信，并在高速通信模块通信不可达时，采用低速模块进行应急通信。进一步，所述用于海上Adhoc组网无线通信控制方法利用GIS模块输出的秒定时信息与本地时钟进行锁定，产生本地高速精确时钟，利用GIS模块的低速时钟消除本地时钟的累计误差。进一步，所述用于海上Adhoc组网通信控制方法中的信息在系统中的传递包括：路由维护信息由ZYNQ中运行的应用层程序产生，通过ZYNQ芯片的PL端串口由低速通信模块发送；应用数据，由系统外部的网络设备产生，通过网口发给ZYNQ芯片PS端，网络IP包首先被本专利技术的Linux系统中Netfilter内核模块截获，根据记录的路由表并按照用户逻辑对数据IP包的包头进行修改，随后通过PL端的并行接口由高速通信模块发送；在ZYNQ芯片内部PS端与PL端通过BRAM进行数据交互；PS端将发送数据写入BRAM1，并向PL端给出IO中断，接到中断的PL端程序将数据读入FIFO；反过来PL端将接收到的数据写入BRAM2，并给出IO中断；其中，PS端通过AXI总线对BRAM进行读写，PL端通过程序操作并行口时序进行读写。本专利技术的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述，包括下列步骤：第一步，整个网络进入初始化的阶段，所有节点通过GIS定位设备获得自己的节点位置；使用簇内节点定位算法，计算出自己所在的蜂窝簇，计算节点自身到所在蜂窝簇中心的距离；第二步，划分子时隙，节点根据自身在簇中的位置，在对应的时隙发送HELLO分组消息；第三步，当邻居节点发现时段结束，所有节点按照距离簇中心最近原则完成簇首选举；第四步，簇首选举结束后，利用低速通信模块进行路由和网络维护，利用高速通信模块为主进行网络业务通信，并在高速通信模块通信不可达时，采用低速模块进行应急通信。本专利技术的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的用于海上Adhoc组网通信控制方法。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述用于海上Adhoc组网通信控制方法的用于海上Adhoc组网通信控制系统，所述用于海上Adhoc组网通信控制系统包括：外部网络设备与ZYNQ通过以太网接口相连，ZYNQ作为外部网络设备的外接路由器；GIS模块和低速通信模块与ZYNQ的PL端通过串口连接，高速通信模块与ZYNQ的PL端通过高速并行接口相连。本专利技术的另一目的在于提供一种搭载所述用于海上Adhoc组网通信控制系统的终端。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术搭载无线Adhoc网路协议栈，可用作分簇结构的Adhoc网络的节点；拥有两种无线通信工作模式，一种工作在400MHz至600MHz，方便后续通信系统向军民两用方向升级，通信速率可达100Mbps，用于承担网络业务本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海上Ad hoc组网通信的控制方法，其特征在于，所述用于海上Adhoc组网通信控制方法包括：/n第一步，整个网络进入初始化的阶段，所有节点通过GIS定位设备获得自己的节点位置；使用簇内节点定位算法，计算出自己所在的蜂窝簇，计算节点自身到所在蜂窝簇中心的距离；/n第二步，划分子时隙，节点根据自身在簇中的位置，并根据硬件提供的高精度时隙功能，在对应的时隙发送HELLO分组消息；/n第三步，当邻居节点发现时段结束，所有节点按照距离簇中心最近原则完成簇首选举；/n第四步，簇首选举结束后，利用低速通信模块进行路由和网络维护，利用高速通信模块为主进行业务通信，并在高速通信模块通信不可达时，采用低速模块进行应急通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于海上Adhoc组网通信的控制方法，其特征在于，所述用于海上Adhoc组网通信控制方法包括：
第一步，整个网络进入初始化的阶段，所有节点通过GIS定位设备获得自己的节点位置；使用簇内节点定位算法，计算出自己所在的蜂窝簇，计算节点自身到所在蜂窝簇中心的距离；
第二步，划分子时隙，节点根据自身在簇中的位置，并根据硬件提供的高精度时隙功能，在对应的时隙发送HELLO分组消息；
第三步，当邻居节点发现时段结束，所有节点按照距离簇中心最近原则完成簇首选举；
第四步，簇首选举结束后，利用低速通信模块进行路由和网络维护，利用高速通信模块为主进行业务通信，并在高速通信模块通信不可达时，采用低速模块进行应急通信。


2.如权利要求1所述的用于海上Adhoc组网通信控制方法，其特征在于，所述用于海上Adhoc组网通信控制方法利用GIS模块输出的秒定时信息与本地时钟进行锁定，产生本地高速精确时钟，利用GIS模块的低速时钟消除本地时钟的累计误差。


3.如权利要求1所述的用于海上Adhoc组网通信控制方法，其特征在于，所述用于海上Adhoc组网通信控制方法中的信息在系统中的传递包括：路由维护信息由ZYNQ中运行的应用层程序产生，通过ZYNQ芯片的PL端串口由低速通信模块发送；应用数据，由系统外部的网络设备产生，通过网口发给ZYNQ芯片的PS端，网络IP包首先被本发明的Linux系统中Netfilter内核模块截获，根据记录的路由表并按照用户逻辑对数据IP包的包头进行修改，随后通过PL端的并行接口由高速通信模块发送；在ZYNQ芯片内部PS端与PL端通过BRAM进行数据交互；PS端将发送数据写入BRAM1，并向PL端给出IO中断，接到中断...

【专利技术属性】
技术研发人员：何先灯，田智浩，陈南，王龙超，易运晖，权东晓，朱畅华，赵楠，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61