一种水声传感器网络模拟系统的制作方法

本发明涉及水下网络技术领域，尤其涉及一种水声传感器网络模拟测试系统。

背景技术：

目前水声传感器网络是一个新兴领域。它广泛的应用和独特的挑战引起了很大的研究浪潮。然而，由于构建水下网络系统并在水下系统进行实验的开销大，大多数研究都是基于建模、分析与模拟的方法。

然而，复杂的水环境和水下声学通信需要一个部署在真实的水下环境中的标准平台，它可以用来测试、评估和比较不同的网络协议和算法。这一平台的缺失将减缓该领域的进一步发展。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明实施例提供了一种水声传感器网络测试系统，包括：水声信道、服务器、与所述服务器均分别连接的第一调制解调器、第二调制解调器和调音台；所述水声信道包括：声信号发送装置、水环境装置和声信号接收装置；

所述服务器，用于根据被模拟的水声传感器网络确定基础信息；

所述服务器，还用于根据所述基础信息向所述第一调制解调器、第二调制解调器和调音台发送控制指令，同时生成声信号发送到所述第一调制器；

所述第一调制解调器，用于模拟虚拟源节点或虚拟中继节点；若用于模拟所述虚拟源节点，则根据所述控制指令对所述声信号进行调制后，发送到所述调音台；若用于模拟所述虚拟中继节点，则将接收到的待测试声信号转发到所述调音台；

所述调音台，用于将调制后的所述声信号根据控制指令混合预存储的特殊音效得到待测试声信号，通过所述声信号发送装置将所述待测试声信号在所述水环境装置中发送到所述声信号接收装置；

所述第二调制解调器，用于模拟虚拟中继节点或虚拟目标节点；若用于模拟所述虚拟中继节点，则通过所述声信号接收装置接收所述待测试声信号，并将所述待测试声信号通过所述服务器转发给所述第一调制解调器；若用于模拟所述虚拟目标节点，则通过所述声信号接收装置接收所述待测试声信号后，进行解调得到完成测试声信号。

进一步，所述基础信息具体包括：虚拟节点的三维位置信息、虚拟中继节点的基础信息和数量、虚拟目标节点的三维位置信息和水环境信息；

所述服务器，具体用于，根据所述水环境信息确定所述水环境中声信号发送过程的信号衰减率；根据所述信号衰减率确定发送给调音台的控制指令；

所述调音台，具体用于，根据接收到的控制指令将调制后的所述声信号与所述控制指令相匹配比例的特殊音效后，得到待测试声信号。

进一步，所述服务器还包括：延迟处理模块，具体用于，当所述第二调制解调器用于模拟所述虚拟中继点时，将通过服务器转发给第一调制解调器的待测试声信号进行模拟发送延迟处理；所述模拟发送延迟的延迟时间为s/v秒；

其中，s为根据基础信息确定从发送所述待测试声信号的节点到接收所述待测试声信号的节点之间的距离；v为声音在水环境中的传播速度。

进一步，所述声信号发送装置还包括：声信号频率调节单元，用于调节所述待测试声信号的频率值；所述待测试声信号的频率范围为200hz-32khz，若所述待测试声信号的频率小于或等于预设频率值时，所述待测试声信号在水环境中非定向发送；若所述待测试声信号的频率大于预设频率值时，所述待测试声信号在水环境中定向发送。

进一步，所述服务器还包括：数据分段模块，用于将所述声信号的数据值与所述第一调制解调器的最大允许传输单元的数据值的大小进行对比；若所述声信号的数据值大于所述第一调制解调器的最大允许传输单元的数据值，则将所述声信号进行分段后，随后根据所述控制指令对分段后的所述声信号依次进行调制。

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明通过服务器确认被模拟的水声传感器网络的各项基础信息，通过第一调制解调器和第二调制解调器模拟水声传感器网络中各个节点实现声信号在水中传播的物理链路，实现了模拟任何复杂的水声传感器网络拓扑结构的功能，通过模拟水声传感器网络拓扑结构以确定不同水声传感器网络的数据传输效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种水声传感器网络测试系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种水声传感器网络测试系统，包括：水声信道、服务器、与服务器均分别连接的第一调制解调器、第二调制解调器和调音台；水声信道包括：声信号发送装置、水环境装置和声信号接收装置；

服务器，用于根据被模拟的水声传感器网络确定基础信息；

服务器，还用于根据基础信息向第一调制解调器、第二调制解调器和调音台发送控制指令，同时生成声信号发送到第一调制器；

第一调制解调器，用于模拟虚拟源节点或虚拟中继节点；若用于模拟虚拟源节点，则根据控制指令对声信号进行调制后，发送到调音台；若用于模拟虚拟中继节点，则将接收到的待测试声信号转发到调音台；

调音台，用于将调制后的声信号根据控制指令混合预存储的特殊音效得到待测试声信号，通过声信号发送装置将待测试声信号在水环境装置中发送到声信号接收装置；

第二调制解调器，用于模拟虚拟中继节点或虚拟目标节点；若用于模拟虚拟中继节点，则通过声信号接收装置接收待测试声信号，并将待测试声信号通过服务器转发给第一调制解调器；若用于模拟虚拟目标节点，则通过声信号接收装置接收待测试声信号后，进行解调得到完成测试声信号。

上述实施例中提供的一种水声传感器网络测试系统，使得远程用户可以通过互联网动态地改变噪声强度，并为不同的链路模拟不同的信道条件。另一方面，我们不能限制使用两个调制解调器模拟并发传输，在我们的水箱中还可以容纳更多的调制解调器，我们可以轻松扩展我们的测试台，以支持并发传输/冲突的模拟。

我们现在计算每单位时间由调制解调器发送的有效数据量(即，数据分组中的有效载荷)，称为应用级吞吐量。我们在本发明中还实现了可靠数据传输的停等协议。在该协议中，发送方发送数据包，然后等待与该数据包相对应的ack。如果15秒后没有ack返回，则发送方重新发送数据包。这个简单的协议提供了使用调制解调器的应用级吞吐量的基线。

本发明为实现模拟不同的水声传感器网络拓扑，我们在服务器上构建了一个抽象层，其中包括模拟器，用户可以在模拟器上创建多个虚拟节点，在调制解调器上标注虚拟节点，并为特定事件定义他们的行为。一个调制解调器可以与多个节点(虚拟)相关联。当一个节点发送一个分组，分组不会立即进入通道。相反，它会在模拟器中排队。模拟器将会决定什么时候把这些分组发送到哪一个调制解调器。当节点的位置信息(即纬度和经度)已知，就可以计算出传播延迟。由此，本发明仅通过有限数量的调制解调器，就可以模拟复杂的网络拓扑结构。

优选的，基础信息具体包括：虚拟节点的三维位置信息、虚拟中继节点的基础信息和数量、虚拟目标节点的三维位置信息和水环境信息；当节点的位置信息(即纬度和经度)已知，就可以计算出传播延迟。本发明实现了通过有限数量的调制解调器，通过服务器进行控制就可以模拟复杂的网络拓扑结构。

服务器，具体用于，根据水环境信息确定水环境中声信号发送过程的信号衰减率；根据信号衰减率确定发送给调音台的控制指令；

调音台，具体用于，根据接收到的控制指令将调制后的声信号与控制指令相匹配比例的特殊音效后，得到待测试声信号。

优选的，服务器还包括：延迟处理模块，具体用于，当第二调制解调器用于模拟虚拟中继点时，将通过服务器转发给第一调制解调器的待测试声信号进行模拟发送延迟处理；模拟发送延迟的延迟时间为s/v秒；

其中，s为根据基础信息确定从发送待测试声信号的节点到接收待测试声信号的节点之间的距离；v为声音在水环境中的传播速度。

优选的，声信号发送装置还包括：声信号频率调节单元，用于调节待测试声信号的频率值；待测试声信号的频率范围为200hz-32khz，若待测试声信号的频率小于或等于预设频率值时，待测试声信号在水环境中非定向发送；若待测试声信号的频率大于预设频率值时，待测试声信号在水环境中定向发送。服务器还包括：数据分段模块，用于将声信号的数据值与第一调制解调器的最大允许传输单元的数据值的大小进行对比；若声信号的数据值大于第一调制解调器的最大允许传输单元的数据值，则将声信号进行分段后，随后根据控制指令对分段后的声信号依次进行调制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。