深海通信网络节点设备和深海通信网络系统的制作方法

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种深海通信网络节点设备和深海通信网络系统。

背景技术：

随着海洋开发活动的日益增多以及军事上的实际需要，人类对水下通信的需求大为增加，水下通信技术越来越受到世界各国的重视。

相关技术中，水下通信采用的通信方法都是水下节点设备通过水面浮标与陆上无线通信网络相连，来实现水下远距离通信。该种通信方法一方面需要通过水面浮标和陆上无线通信网络来实现，导致通信设备和通信内容的安全性大大降低；另一方面由于浅海和海面各种噪声和干扰较大，对通信信道的通信质量和速率影响较大，导致误码率较高、通信速率较低。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种深海通信网络系统。

本申请的方案如下：

根据本申请实施例的第一方面，提供一种深海通信网络节点设备，包括：接收换能器、水密舱体和发送换能器；

所述接收换能器，用于接收水声信号，并将所述水声信号转换为第一电信号；

所述水密舱体，用于接收所述第一电信号，并按照预设方式对所述第一电信号进行处理，形成第二电信号；

所述发送换能器，用于接收所述第二电信号，将所述第二电信号转换为水声信号，并发送所述转换完毕的水声信号。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，在深海通信网络中，若包含两个或两个以上所述深海通信网络节点设备，则任意两个所述深海通信网络节点设备之间通过自组网协议实现通信连接。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述自组网协议为自适应的动态自组网协议。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述水密舱体包括：故障诊断电路，用于对所述水密舱体内的电路进行故障诊断。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述深海通信网络节点设备还包括：

水密接插件，用于扩展通信接口。

所述通信接口用于接入维修设备对所述深海通信网络节点设备进行维修。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述通信接口为can通信接口或rs232通信接口。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述深海通信网络节点设备由温差电池提供电源。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述水密舱体外设有防护栏。

优选的，结合以上内容，在本申请的一种可能的实现方式中，所述水密舱体的材料采用高强度铝基复合材料，表面采用阳极氧化处理技术并涂有纳米银涂层。

根据本申请的第二方面，提供一种深海通信网络系统，包括两个或两个以上如以上任一项所述的深海通信网络节点设备。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供的方案中，深海通信网络节点设备，通过接收换能器接收水声信号，并将水声信号转换为第一电信号，水密舱体按照预设方式对第一电信号进行处理，形成第二电信号，发送换能器接收第二电信号并将第二电信号转换为水声信号进行发送，通过接收换能器、水密舱体和发送换能器完成完全的深海中水声通信。由于节点设备设置在深海，避免了节点设备暴露在水平线附近容易损坏；信号传输在深海中进行，不容易被截获，提高了安全性；深海中噪音小，干扰小，对通信信道的通信质量和速率影响较小，误码率低、通信速率快。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种深海通信网络节点设备的结构图；

图2是根据另一示例性实施例示出的一种深海通信网络节点设备的结构图；

图3是根据又一示例性实施例示出的一种深海通信网络节点设备的结构图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种深海通信网络系统的结构图。

附图标记：发送换能器-1，水密舱体-2；接收换能器-3；故障诊断电路-4；存储器-5；水密接插件-6；温差电池-7；防护栏-8。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的深海通信网络节点设备和深海通信网络系统的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种深海通信网络节点设备的结构图，参照图1，一种深海通信网络节点设备，包括：接收换能器3、水密舱体2和发送换能器1；

接收换能器3，用于接收水声信号，并将水声信号转换为第一电信号；

水密舱体2，用于接收第一电信号，并按照预设方式对第一电信号进行处理，形成第二电信号；

发送换能器1，用于接收第二电信号，将第二电信号转换为水声信号，并发送转换完毕的水声信号。

换能器，是指电能和声能相互转换的器件。将电能转换成声能的称为发送换能器1；将声能转换成电能的是接收换能器3。发送和接收换能器3通常是分开使用的。水下通信一般来说非常困难，利用发送换能器1将电信号转换为声信号，声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器3，这时声信号又转换为电信号，完成水声通信，水声通信是一项在水下收发信息的技术，是当前海洋军事中最重要和关键的技术。

接收换能器3，接收的水声信号可以来自上一深海通信网络节点设备，也可以来自信号发射端。

发送换能器1，向下一深海通信网络节点设备或者信号接收端发送转换完毕的水声信号。

各深海通信网络节点设备之间可以通过正交频分复用技术(ofdm，orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)进行通信，ofdm技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于快速傅里叶变换和快速傅里叶反变换来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案，由于采用ofdm通信技术，工作频率9-15khz，数据传输速度快，可达1.5kbps；抗干扰能力强，最大通信距离可达5km。

水密舱体2处理第一电信号的预设方式为：水密舱体2内具有数字信号处理器，相应的，接收换能器3通过模数转换电路连接数字信号处理器，发送换能器1通过数模转换电路连接数字信号处理器。数字信号处理器通过ofdm算法对第一电信号进行解调处理。

水密舱体2内还具有微处理器；微处理器连接数字信号处理器，用于对第一电信号进行进一步处理。

网络传输协议一般分物理层，数据链路层，网络层和应用层。数字信号处理器对第一电信号进行物理层和数据链路层方面的处理，微处理器用于对第一电信号进行网络层和应用层方面的处理。

优选地，接收换能器3通过信号调理电路连接数字信号处理器。信号调理模块电路将接收换能器3接收的第一电信号信号进行滤波、放大、偏移量调整后输出给模数转换电路。

优选地，发送换能器1通过信号放大电路连接数字信号处理器，信号放大电路将数字信号处理器处理完毕的信号的功率进行放大，这样信号较强，传输中不容易失真。

本申请提供的方案中，深海通信网络节点设备，通过接收换能器3接收水声信号，并将水声信号转换为第一电信号，水密舱体2按照预设方式对第一电信号进行处理，形成第二电信号，发送换能器1接收第二电信号并将第二电信号转换为水声信号进行发送，通过接收换能器3、水密舱体2和发送换能器1完成完全的深海中水声通信。由于节点设备设置在深海，避免了节点设备暴露在水平线附近容易损坏；信号传输在深海中进行，不容易被截获，提高了安全性；深海中噪音小，干扰小，对通信信道的通信质量和速率影响较小，误码率低、通信速率快。

进一步的，在深海通信网络中，若包含两个或两个以上深海通信网络节点设备，则任意两个深海通信网络节点设备之间通过自组网协议实现通信连接。本实施例中的深海通信网络节点设备之间可以采用aodv(adhocon-demanddistancevectorrouting)自组网协议实现通信连接，aodv自组网协议是一种按需路由协议，通过aodv自组网路由协议，各深海通信网络节点设备自动实现路由查找、修复、维护功能。

在深海通信网络中，若信号发射端和信号接收端距离较短，信号发射端和信号接收端也可以直接通过一个深海通信网络节点设备建立通信连接。

优选地，自组网协议为自适应的动态自组网协议。现有技术中，通信网络节点设备之间较多采用竞争方式的自组网协议，导致无法协调信道冲突，信道利用率较低，造成了缓冲区的变长。而自适应的动态自组网协议采用无冲突的调度信道访问机制，深海通信网络节点设备相邻两次发送信号之间，缓冲区内缓存的数据只要能够在下一次发射信号之前能够全部发送完毕，就不会造成缓冲区的持续变长甚至溢出，不会造成信道冲突，信道利用率高。

图2是根据另一示例性实施例示出的一种深海通信网络节点设备的结构图，参照图2，一些实施例中的深海通信网络节点设备，水密舱体2包括：故障诊断电路4，用于对水密舱体2内的电路进行故障诊断。

深海通信网络节点设备在使用过程中不可避免的会出现电路故障问题，由于水密舱体2中包括故障诊断电路4，故障诊断电路4可以将诊断的电路故障信息通过水密舱体2内的数字信号处理器处理成电路故障信号，再通过发送换能器1发送到信号接收端，工作人员接收到电路故障信号可以对深海通信网络节点设备进行维修。

进一步的，参照图2，水密舱体2还包括：存储器5，用于存储故障诊断电路4诊断的故障信息。存储器5连接故障诊断电路4，故障诊断电路4还将诊断的电路故障信息发送到存储器5，存储器5存储电路故障信息。通过存储器5存储电路故障信息，一是可以为维修人员提供电路故障信息，二是可以对存储的多次故障信息进行对比，总结出什么部位容易出故障，对此部位重点进行保护。

图3是根据一示例性实施例示出的一种深海通信网络节点设备的结构图，参照图3，一些实施例中的深海通信网络节点设备，还包括：

水密接插件6，用于扩展通信接口；

通信接口用于接入维修设备对深海通信网络节点设备进行维修。

水密接插件6采用10芯水密接插件6，用于扩展控制器局域网络(controllerareanetwork,can)通信接口或异步传输标准(rs232)通信接口，水密接插件6为深海通信网络节点设备扩展了通信接口，通信接口用于接入维修设备对深海通信网络节点设备进行维修。

优选地，水密接插件6可以但不限于为subconn水密接插件6。

节点设备若采用常规电池供电，一方面由于能量受限，导致设备通信距离、工作时间受限，而且必须采取多种技术尽可能地降低设备的功耗，导致设备技术复杂度大大增加。

参照图3，一些实施例中的深海通信网络节点设备，深海通信网络节点设备由温差电池7提供电源。

温差电池7，是利用温度差异，使热能直接转化为电能的装置。温差电性能稳定、无需维护，深海中会产生明显温差，将温差电池7应用在设置在深海中的节点设备中向信号处理器和微处理器供电，节点设备可自持供电10-15年，基本做到免维护；另一方面简化了节点设备技术复杂度，使节点设备的体积可以更小化，方便设置。

优选地，温差电池7向深海通信网络节点设备供电时需接入变压器。由于深海通信网络节点设备各部件工作所需电压不同，所以通过变压器对温差电池7输出电压进行不同级的降压，将温差电池7输送的电压变压为适合深海通信网络节点设备各部件工作所需电压。

优选地，温差电池7还具有电池监控电路，电池监控电路用来监控温差电池7的工作情况，并在温差电池7出现问题后向水密舱体2发送电池故障信号，水密舱体2将电池故障信号通过发送换能器1发送到信号接收端，工作人员收到电池故障信号后对温差电池7进行更换。

优选的，温差电池7可以但不限于为同位素温差电池7。

参照图3，为了防止发送换能器1器和接收换能器3互相干扰，同时为了提高发送换能器1器和接收换能器3的工作效率，将发送换能器1器和接收换能器3分别设置在水密舱体2的两端，为了防止发送换能器1器和接收换能器3被海洋生物或者礁石等破坏，一些实施例中的深海通信网络节点设备，水密舱体2外设有防护栏8。

优选地，水密舱体2的材料采用高强度铝基复合材料，表面采用阳极氧化处理技术并涂有纳米银涂层以防海水腐蚀和海洋生物附着。

优选地，水密舱体2为圆柱体。由于深海通信网络节点设备在深海中进行工作，采用圆筒状的壳体抗压能力更好。

图4是根据一示例性实施例示出的一种深海通信网络系统的结构图，参照图4，一种深海通信网络系统，包括两个或两个以上如以上任一项的深海通信网络节点设备。a设备为信号发射端，b设备为信号接收端，若需要把信号从a设备传到b设备，则信号从a设备传送到节点设备1，从节点设备1传送到节点设备2，以此类推，从节点设备n-1传送到节点设备n，从节点设备n传送到b设备，完成深海通信网络系统中的信号传送。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。