專利名稱：一種海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸方法，更確切地說涉及的是一種用 于海上遠(yuǎn)程實時通信的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及應(yīng)用于該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳方法。
背景技術(shù)：
微電子技術(shù)、計算機及其軟件技術(shù)的飛速發(fā)展為現(xiàn)代通信技術(shù)奠定了堅實的基 礎(chǔ)。依托著這些基礎(chǔ)技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)在數(shù)字化、寬帶化、高速化、綜合化等方面取得了長 足的進步。與本發(fā)明相關(guān)文獻主要有[1]HOUSNI JAMAL ；FOURQUIN XAVIER. Home base station with powerline interface for connecting remote radio units for enabling communications between a wireless terminal and a radio-communication cellular network, Patent No EP2160069. Data of Patent :2010.3.3[2]LIAO SHU-CHUN. REMOTE COMMUNICATION SYSTEM OF A NETWORK. PatentNo US2010064081. Data of Patent :2010.3. 11[3] BABA TAKASHI, KUCHIKI N0BU0, ISHIDA AKIRA, WATANABE HIR0SHI, NAKAYAMA EIJI. RADIO RELAY STATION, RADIO RELAY METHOD, RADIO COMMUNICATION SYSTEM, POSITION MANAGEMENT DEVICE, RADIO TERMINAL, AND RADIO COMMUNICATION METHOD. Patent No :W02010024288. Data of Patent :2010.3. 4[4]張建中.一種實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê脱b置以及系統(tǒng).專利公開號 CN101282356A. 2008. 10. 8相關(guān)文獻[1]和[2]中涉及的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都是通過因特網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，其數(shù) 據(jù)傳輸裝置相當(dāng)于一個因特網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器；相關(guān)文獻[3]所提供的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)雖然也是 以無線電通信方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，但它僅僅用來進行點對點數(shù)據(jù)傳輸；相關(guān)文獻[4] 提供的實時數(shù)據(jù)傳輸方法和裝置以及系統(tǒng)通過將數(shù)據(jù)傳入計算機，然后借用因特網(wǎng)來實現(xiàn) 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。綜上，既能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸，又具備自定位功能的多節(jié)點交互式數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗噪聲能力強、抗干擾能力強、通信容量大的海上遠(yuǎn) 程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還在于提供一種海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明創(chuàng)建的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包含終端控制平臺、基站、中繼站和水 聲浮標(biāo)；終端控制平臺由計算機和操作軟件組成，通過USB數(shù)據(jù)總線與下層節(jié)點建立連接；基站包含一個GPS信息接收裝置、一個無線電擴頻通信平臺和一個USB數(shù)據(jù)通信 接口，分別通過USB數(shù)據(jù)總線和無線電通信方式與上下兩層節(jié)點建立連接，其下層節(jié)點是 中繼站或水聲浮標(biāo)；中繼站包含一個GPS信息接收裝置和一個無線電擴頻通信平臺，以無線電通信方 式與上下兩層節(jié)點建立連接，中繼站的作用是在遠(yuǎn)程通信的情況下實現(xiàn)基站與水聲浮標(biāo)之 間的通信連接，它是一個完全透明的通信節(jié)點，同時也是一個可以被自由取舍的通信節(jié)點， 在構(gòu)建通信鏈路時是否需要加入中繼站取決于基站與水聲浮標(biāo)之間的距離，只有當(dāng)二者距 離足夠遠(yuǎn)，以至于無法正常通信時，才采用中繼站進行通信連接；水聲浮標(biāo)包含一個GPS信息接收裝置、一個無線電擴頻通信平臺和一個聲學(xué)處理 與數(shù)據(jù)存儲平臺，以無線電通信方式與上層節(jié)點建立連接。本發(fā)明創(chuàng)建的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法主要實現(xiàn)終端控制平臺與水聲浮標(biāo)之 間的實時交互，其具體實現(xiàn)過程可概括如下終端控制平臺將控制命令依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)包，然后通過USB數(shù)據(jù)總 線下傳給基站；基站采用時分多址(TDMA)與時間片輪轉(zhuǎn)機制相結(jié)合的同步信息傳輸方法將接收 自終端控制平臺的數(shù)據(jù)發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)中；水聲浮標(biāo)從無線網(wǎng)絡(luò)中接收基站下傳的命令數(shù)據(jù)，執(zhí)行該命令，并將執(zhí)行結(jié)果反 饋到無線網(wǎng)絡(luò)中；基站從無線網(wǎng)絡(luò)中接收水聲浮標(biāo)反饋的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過USB數(shù)據(jù)總線上傳 終端控制平臺。本發(fā)明創(chuàng)建的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由終端控制平臺、基站、中繼站和水聲 浮標(biāo)組成。終端控制平臺與基站之間通過USB數(shù)據(jù)總線建立連接，基站與水聲浮標(biāo)以無線 電通信方式組成一個單點與多點交互的信息網(wǎng)，采用時分多址(TDMA)與時間片輪轉(zhuǎn)機制 相結(jié)合的同步信息傳輸方法進行信息交互，具有抗噪聲能力強、抗干擾能力強、通信容量大 等特點。本發(fā)明創(chuàng)建的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是一個多節(jié)點交互式系統(tǒng)，它包含下行 和上行兩條通信鏈路，下行鏈路將終端控制平臺產(chǎn)生的控制命令傳給下層各個節(jié)點；上行 鏈路則將所有浮標(biāo)的測量數(shù)據(jù)以及對下行命令的回復(fù)信息實時反饋給終端控制平臺。本發(fā) 明創(chuàng)建的數(shù)據(jù)傳輸方法對所有通信節(jié)點和通信鏈路進行統(tǒng)一管理，為系統(tǒng)高效、可靠地傳 輸數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是系統(tǒng)實時工作流程圖；圖4是無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)從發(fā)送到接收的流程；圖5是由基站與水聲浮標(biāo)組成的單點與多點交互的無線通信網(wǎng)示圖；圖6-1是采用時間片輪轉(zhuǎn)機制對所有水聲浮標(biāo)進行時間片分配的示圖6-2是采用時間片輪轉(zhuǎn)機制重復(fù)詢問的時間片分配圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本發(fā)明創(chuàng)建的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是一個多節(jié)點交互系統(tǒng)，一共包含四類 通信節(jié)點終端控制平臺、基站、中繼站和水聲浮標(biāo)。下面結(jié)合圖1對本系統(tǒng)各部分的功能 作詳細(xì)描述。終端控制平臺100，主要指PC，包括由PC處理器執(zhí)行的操作系統(tǒng)101、操作軟件 102、人機接口 103、數(shù)據(jù)接口 104和顯示裝置105。數(shù)據(jù)接口 104經(jīng)由數(shù)據(jù)總線109連接到 下層節(jié)點基站106。在本實施例中，數(shù)據(jù)接口 104是PC的USB接口，操作軟件102提供了該 接口的驅(qū)動程序和執(zhí)行代碼。操作系統(tǒng)101經(jīng)由USB接口 104向基站106傳輸依據(jù)數(shù)據(jù)傳 輸協(xié)議格式化了的數(shù)據(jù)，并且經(jīng)由反向路徑從基站106接收依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式化了的 數(shù)據(jù)。終端控制平臺100通過顯示裝置105，更確切地說是PC顯示器，顯示整個系統(tǒng)所有節(jié) 點的工作狀態(tài)，以便于操作者通過人機接口 103對系統(tǒng)進行實時操控。人機接口 103包括 鼠標(biāo)、鍵盤、以及由操作軟件102提供的操作面板。基站106用來實現(xiàn)終端控制平臺100與下層通信節(jié)點(可以是水聲浮標(biāo)120，也可 以是中繼站114)之間的通信連接，它是一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置，兼具部分控制功能。基站106包 含USB驅(qū)動器107、無線電擴頻通信平臺110、GPS信息接收裝置111和微處理器(MCU)108。 USB驅(qū)動器107與終端控制平臺100的USB接口 104相互耦合，可以依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來 格式化在基站106和終端控制平臺100之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。無線電擴頻通信平臺110通過無 線鏈路112將基站106連接到無線網(wǎng)絡(luò)113中。無線網(wǎng)絡(luò)113是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)，更確切地 說，是本數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中的無線路由協(xié)議，在進行水聲參數(shù)測量的過程中，該協(xié)議采用時分 多址(TDMA)與時間片輪轉(zhuǎn)機制相結(jié)合的同步信息傳輸方法實現(xiàn)基站106 (單節(jié)點)與水聲 浮標(biāo)120 (多節(jié)點)之間的數(shù)據(jù)傳輸。GPS信息接收裝置111具有定位功能，它提供的坐標(biāo) 數(shù)據(jù)作為基站106的一個狀態(tài)參數(shù)上傳終端控制平臺100，是終端控制平臺100創(chuàng)建通信路 由表的依據(jù)。GPS信息接收裝置111還具有定時功能，可以為基站106提供非常精確的時 間信息，該時間信息是系統(tǒng)構(gòu)建同步工作模式的基礎(chǔ)。微處理器108是一個多平臺接口，它 將基站106的所有功能平臺連接到一起，為它們提供正常工作所需要的時序；同時，微處理 器108還可以被認(rèn)為是一個信息融合裝置或協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，完成通信過程中的數(shù)據(jù)接收與 轉(zhuǎn)發(fā)。中繼站114的主要任務(wù)是在遠(yuǎn)程通信的情況下實現(xiàn)基站106與水聲浮標(biāo)120之間 的通信連接。中繼站114包含無線電擴頻通信平臺116、GPS信息接收裝置118和微處理 器(MCU) 115，它們的功能與基站106中的相應(yīng)部分功能相同。依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，中繼站 114僅僅完成數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)操作，從此種意義上講，中繼站114是一個完全透明的通信 節(jié)點。中繼站114還是一個可以被自由取舍的通信節(jié)點，在構(gòu)建通信路由表時是否需要加 入中繼站114取決于基站106與水聲浮標(biāo)120之間的距離，只有當(dāng)二者距離足夠遠(yuǎn)，以至于 無法正常通信時，才采用中繼站114進行通信連接，因此，中繼站114也可以被看成是一種 增加系統(tǒng)通信距離的手段。水聲浮標(biāo)120是整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)最底層的通信節(jié)點，也是最重要的一類節(jié)點。
6水聲浮標(biāo)120包含聲學(xué)處理平臺122、數(shù)據(jù)存儲裝置123、無線電擴頻通信平臺125、GPS信 息接收裝置124和微處理器121。其中，無線電擴頻通信平臺125和GPS信息接收裝置124 的功能同上。在本實施例中，聲學(xué)處理平臺122兼具數(shù)據(jù)采集和信號處理功能，用來完成系 統(tǒng)約定的水聲測量工作。整個系統(tǒng)包含多個水聲浮標(biāo)節(jié)點，每個節(jié)點對應(yīng)一個獨立的測量 陣元，所有節(jié)點組合在一起構(gòu)成一個水聲測量陣。聲學(xué)處理平臺122也可以根據(jù)實際應(yīng)用 需求將其實施為其他例如水聲通信之類的裝置。數(shù)據(jù)存儲裝置123的主要功能是對聲學(xué)處 理平臺122采集的水聲信號進行實時存儲，以便事后回放。在本實施例中，水聲浮標(biāo)120 — 共有三種工作狀態(tài)空閑、實時測量和睡眠。在空閑狀態(tài)下，水聲浮標(biāo)120僅接收并執(zhí)行由 終端控制平臺100下傳的命令，不執(zhí)行其它操作；當(dāng)水聲浮標(biāo)120接收到由終端控制平臺下 發(fā)的輪詢命令后，進入實時測量狀態(tài)，在該狀態(tài)下，水聲浮標(biāo)120執(zhí)行水聲測量的操作，同 時將測量結(jié)果通過擴頻通信平臺125周期性地上傳給基站106 ；為了節(jié)省電能，為水聲浮標(biāo) 120設(shè)置了睡眠工作模式，這是一種低功耗工作模式，在該模式下，水聲浮標(biāo)120的所有功 能平臺都處于掉電狀態(tài)，而僅僅只有微處理器121依然工作，微處理器121通過自身的定時 器定時開啟無線電擴頻通信平臺125，以接收上層節(jié)點下發(fā)的睡眠喚醒命令。為了便于管理，本實施例為所有通信節(jié)點均配置一個獨立的物理地址，不同節(jié)點 之間依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中，節(jié)點的物理地址是節(jié)點相異于 其它節(jié)點的唯一標(biāo)志。圖2示出了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，基站202、中繼 站203和所有水聲浮標(biāo)(204 209)通過無線鏈路耦合到無線網(wǎng)絡(luò)201中，并以自身的物 理地址作為該節(jié)點存在于無線網(wǎng)絡(luò)201中的標(biāo)志。本發(fā)明的另一部分是創(chuàng)建了一種海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法。圖3是系統(tǒng)實時工 作流程圖，下面結(jié)合該圖對本發(fā)明的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法進行詳細(xì)描述。流程圖開始于起始點“開始” 301，并在過程302中完成系統(tǒng)的初始化設(shè)置。在節(jié) 點303中，判斷是否有控制命令輸入。本系統(tǒng)采用事件驅(qū)動的方式運行，通過事件來啟動后 面的過程，節(jié)點303中的“控制命令”便是所述的“事件”，它由操作者通過終端控制平臺中 的人機接口實時產(chǎn)生。在節(jié)點303中判斷到有控制命令輸入的情況下，流程圖進入過程304。在過程304 中，終端控制平臺將通信數(shù)據(jù)依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)包，然后通過USB數(shù)據(jù)總線下 傳給基站。然后，流程前進至過程305，基站采用時分多址(TDMA)與時間片輪轉(zhuǎn)機制相結(jié) 合的同步信息傳輸方法將接收自終端控制平臺的數(shù)據(jù)發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)中。流程前進至節(jié) 點306，基站等待目的節(jié)點回復(fù)。如果基站在規(guī)定時間內(nèi)未接收到回復(fù)命令，流程繼續(xù)回到 過程305，對命令數(shù)據(jù)進行重發(fā)。如果基站接收到回復(fù)命令，流程前進至過程307。在過程 307中，基站將接收到的回復(fù)命令通過USB數(shù)據(jù)總線上傳終端控制平臺。最后，流程在結(jié)束 點308處結(jié)束。過程302中的“系統(tǒng)初始化”用來創(chuàng)建通信路由表。通信路由表是本發(fā)明的實施 例中非常重要且非常關(guān)鍵的部分，它關(guān)系到系統(tǒng)是否能實現(xiàn)高效、高可靠通信，其具體創(chuàng)建 方法為基站、中繼站和水聲浮標(biāo)將自身的GPS坐標(biāo)值上傳終端控制平臺；終端控制平臺對 各個節(jié)點的GPS坐標(biāo)值進行融合處理，得到一個節(jié)點二維分布圖；終端控制平臺根據(jù)節(jié)點 的二維分布圖，按照“就近原則”詳列出所有通信鏈路；將所有通信鏈路組合在一起便得到 通信路由表。在實際工作過程中，僅需查表即可獲取所需通信鏈路。需要說明的是，在整個通信鏈路中中繼站相當(dāng)于一個無線網(wǎng)橋，用來實現(xiàn)基站與水聲浮標(biāo)之間的通信連接，它是 一個完全透明的通信節(jié)點。在創(chuàng)建通信路由表時是否需要加入中繼站取決于基站與當(dāng)前水 聲浮標(biāo)之間的距離，只有當(dāng)二者距離足夠遠(yuǎn)，以至于無法正常通信時才加入中繼站。在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中，通信數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式在不同節(jié)點間傳輸。數(shù)據(jù)包由 包頭、地址段、數(shù)據(jù)段和校驗碼組成，其中，包頭是一個特征碼，接收端通過判斷該特征碼來 確定后面的數(shù)據(jù)是否有效；地址段包含的是整個通信鏈路的路由信息，它由源地址、中繼 地址和目的地址組成；數(shù)據(jù)段包含的是通信內(nèi)容；校驗碼是對整個數(shù)據(jù)包進行校驗后的結(jié) 果，本發(fā)明的實施例采用CRC校驗機制。圖4示出了通信數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)中從發(fā)送到接收的 整個流程。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸開始后，源節(jié)點(可以是基站也可以是水聲浮標(biāo))先將待發(fā)送數(shù)據(jù) 依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)包，然后將該數(shù)據(jù)包發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)中以供其它節(jié)點接收， 在實時工作模式下，所有節(jié)點均處于監(jiān)聽狀態(tài)，當(dāng)有節(jié)點檢測到包頭正確并且后面跟隨的 目的地址與自身地址相匹配時，開始接收本次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完成后再根據(jù)校驗碼對數(shù)據(jù) 進行校驗處理。在整個無線網(wǎng)絡(luò)中，既然中繼站可以被看成是一個完全透明的通信節(jié)點，那么我 們可以將無線網(wǎng)絡(luò)簡化成由基站與水聲浮標(biāo)組成的單點與多點相交互的無線通信網(wǎng)，見圖 5。在本發(fā)明的實施例中，每個水聲浮標(biāo)對應(yīng)一個獨立的測量陣元，它們組合在一起構(gòu)成一 個水聲測量陣。由于水聲測量的最終結(jié)果是對所有陣元的測量數(shù)據(jù)進行融合處理后得到 的，這就要求無線通信網(wǎng)實時完成基站與每個水聲浮標(biāo)的信息交互，本發(fā)明采用時分多址 (TDMA)與時間片輪轉(zhuǎn)機制相結(jié)合的同步信息傳輸方法來實現(xiàn)這種交互，以下將分別予以介 紹(1)時分多址(TDMA)本實施例包含多個水聲浮標(biāo)，同一時刻，基站只能與單個水聲浮標(biāo)進行通信，這就 要求基站分時從各個水聲浮標(biāo)那里讀取測量數(shù)據(jù)，這種分時讀取的方法可以表述為TDMA。 本實施例以TDMA為基礎(chǔ)，結(jié)合“詢問回復(fù)”的方法來實現(xiàn)基站與水聲浮標(biāo)之間的信息交互， 其具體實現(xiàn)過程可描述為基站首先將水聲浮標(biāo)的個數(shù)和地址存入內(nèi)部地址表；工作過程 中，基站根據(jù)該地址表依次“詢問，，各個水聲浮標(biāo)，每詢問完一個便等待其“回復(fù)”；被詢問的 水聲浮標(biāo)收到詢問命令后將測量數(shù)據(jù)實時上傳基站。對于這種由基站與水聲浮標(biāo)組成的單 點與多點相交互的無線通信網(wǎng)，所采用的TDMA與“詢問回復(fù)”相結(jié)合的通信方式可以有效 避免多點交互過程中有可能出現(xiàn)的信息阻塞和數(shù)據(jù)沖突。(2)同步信息傳輸在本實施例中，GPS信息接收裝置具有定時功能，可以為節(jié)點提供非常精確的時間 信息。通過為系統(tǒng)設(shè)置一個同步時刻，并讓所有節(jié)點從該同步時刻開始統(tǒng)一計時，可以使 整個系統(tǒng)進入同步工作狀態(tài)。在同步工作狀態(tài)下，各個水聲浮標(biāo)根據(jù)預(yù)置的同步周期時間 長度將測量數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包，以等待基站“詢問”；基站則根據(jù)預(yù)置的同步周期周期性“詢 問”各個水聲浮標(biāo)，以獲取測量數(shù)據(jù)。(3)時間片輪轉(zhuǎn)機制首先介紹時間片的定義。假設(shè)基站與單個水聲浮標(biāo)完成一次“詢問回復(fù)”需要的 時間極限為τ，以這個時間極限為單位可以將整個同步周期T分成N個時間段(N= [T/ τ ])，每個時間段對應(yīng)一個時間片。工作過程中，基站將時間片分給所有水聲浮標(biāo)，然后采用輪轉(zhuǎn)機制依次對它們“詢問”并等待其回復(fù)。下面再結(jié)合圖6-1與圖6-2對該機制作進
一步描述。 圖6-1所示的系統(tǒng)一共包含8個水聲浮標(biāo)(見圖中的A H)，完成第一次“詢問” 需要8個時間片。如果詢問結(jié)束后，有部分水聲浮標(biāo)未能正確回復(fù)，則需要對它們重復(fù)詢 問。圖6-2是重復(fù)詢問的時間片分配。系統(tǒng)依照圖6-1與圖6-2循環(huán)執(zhí)行，直到所有水聲 浮標(biāo)均正確回復(fù)或本周期的所有時間片均用完為止。
權(quán)利要求
一種海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包含終端控制平臺、基站和水聲浮標(biāo)；其特征是終端控制平臺由計算機和操作軟件組成，通過USB數(shù)據(jù)總線與下層節(jié)點建立連接；基站包含一個GPS信息接收裝置、一個無線電擴頻通信平臺和一個USB數(shù)據(jù)通信接口，分別通過USB數(shù)據(jù)總線和無線電通信方式與上下兩層節(jié)點建立連接，其下層節(jié)點是中繼站或水聲浮標(biāo)；水聲浮標(biāo)包含一個GPS信息接收裝置、一個無線電擴頻通信平臺和一個聲學(xué)處理與數(shù)據(jù)存儲平臺，以無線電通信方式與上層節(jié)點建立連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征是還包含中繼站，中繼 站包含一個GPS信息接收裝置和一個無線電擴頻通信平臺，以無線電通信方式與上下兩層 節(jié)點建立連接，中繼站是在遠(yuǎn)程通信的情況下實現(xiàn)基站與水聲浮標(biāo)之間的通信連接，它是 一個完全透明的通信節(jié)點，也是一個可以被自由取舍的通信節(jié)點，只有當(dāng)基站與水聲浮標(biāo) 之間距離足夠遠(yuǎn)，以至于無法正常通信時，才采用中繼站進行通信連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征是所述終端控制平臺 (100)，包括由PC處理器執(zhí)行的操作系統(tǒng)(101)、操作軟件(102)、人機接口(103)、數(shù)據(jù)接口 (104)和顯示裝置(105)；數(shù)據(jù)接口 (104)經(jīng)由數(shù)據(jù)總線(109)連接到下層節(jié)點基站(106)； 數(shù)據(jù)接口(104)是PC的USB接口，操作軟件(102)提供該接口的驅(qū)動程序和執(zhí)行代碼；操作 系統(tǒng)(101)經(jīng)由USB接口(104)向基站(106)傳輸依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式化了的數(shù)據(jù)，并且 經(jīng)由反向路徑從基站(106)接收依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式化了的數(shù)據(jù)；終端控制平臺(100) 通過顯示裝置(105)顯示系統(tǒng)所有節(jié)點的狀態(tài)；人機接口(103)包括鼠標(biāo)、鍵盤、以及由操 作軟件(102)提供的操作面板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征是基站(106)包含USB 驅(qū)動器(107)、無線電擴頻通信平臺(110)、GPS信息接收裝置(111)和微處理器(108) ；USB 驅(qū)動器(107)與終端控制平臺(100)的USB接口(104)相互耦合；無線電擴頻通信平臺 (110)通過無線鏈路(112)將基站(106)連接到無線網(wǎng)絡(luò)(113)中；無線網(wǎng)絡(luò)(113)是一個 虛擬網(wǎng)絡(luò)，采用時分多址與時間片輪轉(zhuǎn)機制相結(jié)合的同步信息傳輸方法實現(xiàn)基站(106)與 水聲浮標(biāo)(120)之間的數(shù)據(jù)傳輸；GPS信息接收裝置(111)提供的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為基站(106) 的一個狀態(tài)參數(shù)上傳終端控制平臺(100) ；GPS信息接收裝置(111)還具有定時功能，為基 站(106)提供非常精確的時間信息；微處理器(108)是一個多平臺接口，它將基站(106)的 所有功能平臺連接到一起，為它們提供正常工作所需要的時序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征是中繼站(114)包含 無線電擴頻通信平臺(116)、GPS信息接收裝置(118)和微處理器(115)；水聲浮標(biāo)(120) 包含聲學(xué)處理平臺(122)、數(shù)據(jù)存儲裝置(123)、無線電擴頻通信平臺(125)、GPS信息接收 裝置(124)和微處理器(121)。
6.一種海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是步驟302，完成系統(tǒng)的初始化設(shè)置；步 驟303，判斷是否有控制命令輸入；步驟304，在判斷到有控制命令輸入的情況下，終端控 制平臺將數(shù)據(jù)依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)包，然后通過USB數(shù)據(jù)總線下傳給基站；步驟 305，基站采用時分多址與時間片輪轉(zhuǎn)機制相結(jié)合的同步信息傳輸方法將接收自終端控制 平臺的數(shù)據(jù)發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)中；步驟306，基站等待目的節(jié)點回復(fù)，如果基站在規(guī)定時間內(nèi) 未接收到回復(fù)命令，回到步驟305，對命令數(shù)據(jù)進行重發(fā)；如果基站接收到回復(fù)命令，進至 步驟307;步驟307，基站將接收到的回復(fù)命令通過USB數(shù)據(jù)總線上傳終端控制平臺，最后在結(jié)束點步驟308處結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是步驟302中的“系 統(tǒng)初始化”用來創(chuàng)建通信路由表，其具體創(chuàng)建方法為基站、中繼站和水聲浮標(biāo)將自身的GPS 坐標(biāo)值上傳終端控制平臺；終端控制平臺對所有節(jié)點的GPS坐標(biāo)值進行融合處理，得到一 個節(jié)點二維分布圖；終端控制平臺再按照“就近原則”詳列出所有通信鏈路；將所有通信鏈 路組合在一起得到通信路由表。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是通信數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包 的形式在源節(jié)點與目的節(jié)點之間傳輸，數(shù)據(jù)包由包頭、地址段、數(shù)據(jù)段和校驗碼組成，目的 節(jié)點檢測到包頭正確并且后面跟隨的目的地址與自身地址相匹配時，開始接收本次數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)接收完成后再根據(jù)校驗碼對數(shù)據(jù)進行校驗處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是所述時分多址機制 是指基站同一時刻僅與單個水聲浮標(biāo)進行信息交互，對于多個水聲浮標(biāo)，基站分時從各個 水聲浮標(biāo)讀取數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是所述同步信息傳輸 機制是指基站與水聲浮標(biāo)通過定時設(shè)置進入同步工作狀態(tài)，在同步工作狀態(tài)下，水聲浮標(biāo) 根據(jù)預(yù)置的同步周期時間長度將測量數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包，基站則根據(jù)預(yù)置的同步周期周期 性“詢問”水聲浮標(biāo)，以獲取測量數(shù)據(jù)；所述時間片輪轉(zhuǎn)機制是指基站根據(jù)預(yù)置的時間長度 將整個同步周期分成多個時間片，實時工作過程中，基站將時間片分給所有水聲浮標(biāo)，然后 采用輪轉(zhuǎn)機制依次對它們“詢問”并等待其回復(fù)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種海上遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸方法。包含終端控制平臺、基站和水聲浮標(biāo)；終端控制平臺由計算機和操作軟件組成，通過USB數(shù)據(jù)總線與下層節(jié)點建立連接；基站包含一個GPS信息接收裝置、一個無線電擴頻通信平臺和一個USB數(shù)據(jù)通信接口，分別通過USB數(shù)據(jù)總線和無線電通信方式與上下兩層節(jié)點建立連接，其下層節(jié)點是中繼站或水聲浮標(biāo)；水聲浮標(biāo)包含一個GPS信息接收裝置、一個無線電擴頻通信平臺和一個聲學(xué)處理與數(shù)據(jù)存儲平臺，以無線電通信方式與上層節(jié)點建立連接。本發(fā)明主要解決了海上遠(yuǎn)程實時通信的困難問題，它采用擴頻通信與時分多址相結(jié)合的通信技術(shù)來進行數(shù)據(jù)傳輸，具有抗噪聲能力強、抗干擾能力強、通信容量大等特點。
文檔編號H04B7/14GK101908940SQ20101025812
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者付進, 嵇建飛, 張光普, 林旺生, 梁國龍, 王燕, 王逸林, 范展 申請人:哈爾濱工程大學(xué)