[发明专利]基于P2P的水声传感器网络系统及其数据传输方法

权利要求书

1.一种基于P2P的水声传感器网络系统，其特征在于，包括：若干个水声传感器节点、若干个中继节点、若干个汇聚节点，和若干个P2P节点；

所述中继节点通过浮标或者船载的方式漂浮在水面上，并且能够通过无线通信方式与岸上的汇聚节点进行信息交互，再通过所述汇聚节点与P2P节点的信息交互，以及所述P2P节点与其他P2P节点的信息交互来传输采集的数据供后续处理；

多个所述水声传感器节点位于水中的不同深度，其中一些水声传感器节点直接悬挂于水面上的中继节点下方，另一些水声传感器节点利用浮标通过锚泊方式悬浮于水中；

其中，每个所述水声传感器节点设置有两个数据通信接口，其中一个接口为CAN总线接口，能够通过CAN总线与中继节点直接进行数据通信；另一个接口为水声通信接口，能够使用水声换能器与其它水声传感器节点进行数据通信，从而将任意一个水声传感器节点采集到的数据逐步转发给距离水面更近的水声传感器节点，直至通过CAN总线传输到水面上的中继节点，形成完整的水声通信路由路径。

2.如权利要求1所述基于P2P的水声传感器网络系统，其特征在于：

所述水声传感器节点中，包括：

能够将探测到的水下声信号转换为电信号的水听器，依次对电信号进行相应处理的衰减保护模块、前置放大模块、带通滤波器和A/D转换模块，和对转换得到的数字信号实现数据处理和硬件逻辑设计的FPGA中央处理模块；以及，

对所述FPGA中央处理模块处理后输出的数据信号，依次进行相应处理的D/A转换模块、平滑滤波器、功率放大模块和匹配网络模块，和由阻抗匹配后的电信号激发产生机械振动的换能器，从而推动水介质向水中发射声波信号，以便与其它水声传感器节点进行水声通信；

所述水声传感器节点中还包括，与所述FPGA中央处理模块信号连接的以下装置：能够为水声传感器节点的各个模块和芯片供电，并且通过程控方式切换水声传感器节点的工作或者休眠状态的电源管理模块，以及负责提供时钟日历、记录数据收发的时间并能够通过读取芯片内部寄存器进行报警的时钟管理模块；所述时钟管理模块的芯片还能够在节点处于休眠状态时由法拉电容供电；

所述水声传感器节点中的CAN通信接口，与所述FPGA中央处理模块信号连接，作为水声传感器节点与中继节点之间的数据通信接口。

3.如权利要求1所述基于P2P的水声传感器网络系统，其特征在于：

所述中继节点中，包括负责控制指令下达的主控模块，以及分别与所述主控模块信号连接的以下装置：

负责数据的接收、发送和存储的前置机，作为中继节点与水声传感器节点之间的数据通信接口的CAN通信接口，为中继节点的各个模块和芯片供电以及节能控制的电源管理模块，以及作为中继节点与汇聚节点之间的数据通信接口的GPRS无线通信模块；

其中所述GPRS无线通信模块设置有微控制器和GPRS模块，所述微控制器通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器来减少中断响应时间，从而提高GPRS模块的收发性能。

4.如权利要求1所述基于P2P的水声传感器网络系统，其特征在于：

所述汇聚节点中，包括：负责电源控制、产生时序以及工作模式切换的微控制器，以及分别与所述微控制器信号连接的以下装置：

负责为汇聚节点的各个模块和芯片供电的电源模块，作为汇聚节点与中继节点之间的数据通信接口的GPRS无线通信模块，作为汇聚节点与P2P节点之间的数据通信接口的RS232串口通信模块。

5.如权利要求1所述基于P2P的水声传感器网络系统，其特征在于：

所述P2P节点中，包括：负责向水声传感器节点下达各类控制指令并且控制数据接收和发送，同时负责控制与其它P2P节点进行数据接收和发送的上位机，以及分别与所述上位机信号连接的以下装置：

负责为P2P节点的各个模块和芯片供电的电源模块，负责数据存储管理的存储模块，作为P2P节点与汇聚节点之间的数据通信接口的RS232串口通信模块，以及作为P2P节点之间的数据通信接口并基于UDP的协议进行数据通信的以太网卡。