一种水下多面体结构的无线光通信路由装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水下无线光通信领域，提出一种水下多面体结构的无线光通信路由装置及方法，该装置主要由光收发模块、通信控制模块、扫描通信模块和方位模块组成。该方法通过方位模块中的姿态传感器和水深传感器获取每一个光收发模块的方位信息，通过多个光收发模块发送姿态信息与邻居建立通信连接，并以此为基础实现基于强化学习方法的可靠路由。本发明专利技术可实现广范围、高连通性的水下无线光通信和节点间的高速动态组网，可有效维护更新由节点摇摆、旋转、漂移导致的通信链路中断和路由信息失效；同时，本发明专利技术采用模块化设计，每一个光收发模块相互分离，能够满足不同的通信需求和组网场景，可以实现灵活扩展、按需部署并方便维修保养。养。养。

【技术实现步骤摘要】
一种水下多面体结构的无线光通信路由装置及方法


[0001]本专利技术涉及水下无线光通信
，尤其涉及一种水下多面体结构的无线光通信路由装置及方法。

技术介绍

[0002]目前，水下无线通信以水声传输为主，受声波带宽、多径效应、声学噪声等限制，水声传输具有速率低、延迟高等局限性，致使水下网络在大容量数据传输方面存在速率瓶颈难题。水下无线光通信以可见光作为载波通信，比水声通信和水下电磁波通信具有更高的带宽和更好的保密性等优势，可为实时、高速的近距离水下无线通信提供强大的技术支撑。
[0003]已有的水下无线光通信方案多为点对点通信，并主要集中在降低发射光束失准对系统性能的影响(专利公开号：CN114070418A，CN114142944A)、提高传输距离与覆盖范围(专利公开号：CN216291518U，CN110971308A)和抗干扰(专利公开号：CN110995357A，CN216122433U)等方面。尚无可用于水下无线网络的光通信装置，同时复杂的水下无线光信道特性、光束指向性、节点移动性等对基于无线光通信技术的水下组网带来很大挑战，导致水下无线光通信的应用范围始终受限。若能突破这一瓶颈，实现水下无线光网络，不仅能够通过多跳中继的方式弥补无线光通信距离受限的弊端，充分发挥其高速率的特点，还将会极大拓宽水下无线光通信的应用领域。因此，亟需一种用于水下无线网络的无线光通信路由装置及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术目的是提供一种水下多面体结构的无线光通信路由装置和方法。/>[0005]本专利技术的技术方案：一种水下多面体结构的无线光通信路由装置，主要由光收发模块1、通信控制模块2、扫描通信模块和方位模块组成；
[0006]光收发模块1具有唯一的MAC地址，用于发送和接收光信号，其包括光接收器1
‑
1、光发射器1
‑
2、连接固定平台1
‑
3和外壳1
‑
4；连接固定平台1
‑
3包括底座和半球状顶部；底座侧面设有与通信控制模块2相连的水密接插件6；外壳1
‑
4为高透光率的半球状玻璃，其套于半球状顶部外侧，与底座固连；半球状顶部中心设置有光接收器1
‑
1，半球状顶部表面设有均匀分散的光发射器1
‑
2；光发射器1
‑
2布置方向与底座顶面垂直或呈45度角；
[0007]通信控制模块2具有唯一的IP地址，用于与主机通信并控制光收发模块1；通信控制模块2外壳侧面设有与光收发模块1相连的多个水密接插件6，其外壳顶部设有与主机9相连的水密接插件6；通信控制模块2通过水密接插件6单独控制与其相连接的每一个光收发模块1的光接收器1
‑
1与光发射器1
‑
2的开启关闭，以及光发射器1
‑
2的功率亮度调节；
[0008]扫描通信模块用于实现全方位的光收发，其包括垂直旋转装置3
‑
1、水平旋转装置3
‑
2和固定底座3
‑
3；固定底座3
‑
3上安装水平旋转装置3
‑
2，垂直旋转装置3
‑
1贯穿安装于水平旋转装置3
‑
2上；垂直旋转装置3
‑
1的顶部中心设有底部相互平行放置的光收发模块1和姿态传感器a3
‑
4，通过零浮力防水线缆7分别与垂直旋转装置3
‑
1两侧的水密接插件6相连；
垂直旋转装置3
‑
1两侧的水密接插件6分别与固定底座3
‑
3上两侧的水密接插件6内部相连通；固定底座3
‑
3上一侧的水密接插件6是垂直旋转装置3
‑
1顶部中心的光收发模块1的控制接口，通过零浮力防水线缆7与通信控制模块2相连通；固定底座3
‑
3上中间的水密接插件6是垂直旋转装置3
‑
1和水平旋转装置3
‑
2的控制接口，通过零浮力防水线缆7和方位模块相连通；固定底座3
‑
3上另一侧的水密接插件6是垂直旋转装置3
‑
1顶部中心姿态传感器a3
‑
4的控制接口，通过零浮力防水线缆7和方位模块相连通；
[0009]方位模块用于解算光收发模块1的姿态和控制扫描通信模块的垂直旋转装置3
‑
1与水平旋转装置3
‑
2的转动；方位模块包括姿态传感器b4
‑
1、水深传感器4
‑
2和交换机4
‑
3；交换机4
‑
3一侧设有多个水密接插件6，通过零浮力防水线缆7分别与扫描通信模块的固定底座3
‑
3、姿态传感器b4
‑
1、水深传感器4
‑
2相连接，另一侧的水密接插件6和主机9相连接。
[0010]所述水下多面体结构的无线光通信路由装置与水下载体的装配方式如下：扫描通信模块固定在水下载体外壳8顶部正中心位置，通信控制模块2和方位模块固定在水下载体外壳8顶部；姿态传感器b4
‑
1固定在水下载体外壳8顶部边的中点处，根据水下载体外壳8面数和通信需求选择不同数量的光收发模块1固定在水下载体外壳8侧面或底部的正中心位置。
[0011]一种水下多面体结构的无线光通信路由方法，包括邻居发现、路由构建和路由更新；
[0012]邻居发现，用于节点寻找能够与自己直接通信的所有邻近节点；每个节点使用与通信控制模块2相连接的所有光收发模块1发送包含该节点通信控制模块2的IP地址、当前发送信息的光收发模块1的MAC地址和通过方位模块获取的光收发模块1姿态信息的数据包；姿态信息包括航向角和俯仰角；当一个节点接收到邻近节点的数据包时，将邻近节点通信控制模块2的IP地址、光收发模块1的MAC地址和姿态信息储存在邻居表中；以邻近节点光收发模块1航向角、俯仰角的反方向为发送方向，节点向邻近节点回复包含自身的通信控制模块2的IP地址、接收到邻近节点数据包的光收发模块1的MAC地址和通过方位模块获取的光收发模块1姿态信息的数据包；节点与邻近节点发现过程结束，根据邻居表中的信息建立无线光链路；
[0013]路由建立用于建立到目的节点的路径；所有节点首先基于邻居表构建到达邻居节点的传输可靠性均为1的一跳路由信息，并将结果储存在路由表中；路由表中的路由信息包含目的IP地址、下一跳IP地址以及到目的节点的传输可靠性；当一个节点有数据向目的节点待传输时，从路由表中选取能够到达目的节点的所有邻居节点，之后在其中选取到目的节点传输可靠性最高的节点作为下一跳节点进行转发；当节点的邻居表中没有到目的节点的路由信息时，节点向邻居表中所有邻居节点广播包含源地址即节点通信控制模块2的IP地址和目的地址即目的节点的IP地址的路由请求数据包；当一个节点接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下多面体结构的无线光通信路由装置，其特征在于，该水下多面体结构的无线光通信路由装置主要由光收发模块(1)、通信控制模块(2)、扫描通信模块和方位模块组成；光收发模块(1)具有唯一的MAC地址，用于发送和接收光信号，其包括光接收器(1
‑
1)、光发射器(1
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2)、连接固定平台(1
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3)和外壳(1
‑
4)；连接固定平台(1
‑
3)包括底座和半球状顶部；底座侧面设有与通信控制模块(2)相连的水密接插件(6)；外壳(1
‑
4)为高透光率的半球状玻璃，其套于半球状顶部外侧，与底座固连；半球状顶部中心设置有光接收器(1
‑
1)，半球状顶部表面设有均匀分散的光发射器(1
‑
2)；光发射器(1
‑
2)布置方向与底座顶面垂直或呈45度角；通信控制模块(2)具有唯一的IP地址，用于与主机通信并控制光收发模块(1)；通信控制模块(2)外壳侧面设有与光收发模块(1)相连的多个水密接插件(6)，其外壳顶部设有与主机(9)相连的水密接插件(6)；通信控制模块(2)通过水密接插件(6)单独控制与其相连接的每一个光收发模块(1)的光接收器(1
‑
1)与光发射器(1
‑
2)的开启关闭，以及光发射器(1
‑
2)的功率亮度调节；扫描通信模块用于实现全方位的光收发，其包括垂直旋转装置(3
‑
1)、水平旋转装置(3
‑
2)和固定底座(3
‑
3)；固定底座(3
‑
3)上安装水平旋转装置(3
‑
2)，垂直旋转装置(3
‑
1)贯穿安装于水平旋转装置(3
‑
2)上；垂直旋转装置(3
‑
1)的顶部中心设有底部相互平行放置的光收发模块(1)和姿态传感器a(3
‑
4)，通过零浮力防水线缆(7)分别与垂直旋转装置(3
‑
1)两侧的水密接插件(6)相连；垂直旋转装置(3
‑
1)两侧的水密接插件(6)分别与固定底座(3
‑
3)上两侧的水密接插件(6)内部相连通；固定底座(3
‑
3)上一侧的水密接插件(6)是垂直旋转装置(3
‑
1)顶部中心的光收发模块(1)的控制接口，通过零浮力防水线缆(7)与通信控制模块(2)相连通；固定底座(3
‑
3)上中间的水密接插件(6)是垂直旋转装置(3
‑
1)和水平旋转装置(3
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2)的控制接口，通过零浮力防水线缆(7)和方位模块相连通；固定底座(3
‑
3)上另一侧的水密接插件(6)是垂直旋转装置(3
‑
1)顶部中心姿态传感器a(3
‑
4)的控制接口，通过零浮力防水线缆(7)和方位模块相连通；方位模块用于解算光收发模块(1)的姿态和控制扫描通信模块的垂直旋转装置(3
‑
1)与水平旋转装置(3
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2)的转动；方位模块包括姿态传感器b(4
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1)、水深传感器(4
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2)和交换机(4
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3)；交换机(4
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3)一侧设有多个水密接插件(6)，通过零浮力防水线缆(7)分别与扫描通信模块的固定底座(3
‑
3)、姿态传感器b(4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，田宇，林驰，朱明，卢炳先，覃振权，樊鑫，罗钟铉，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：