用于水面与水下的跨域通信网关及系统的制作方法

1.本公开一般涉及通信技术领域，具体涉及一种用于水面与水下的跨域通信网关及系统。


背景技术：

2.从电缆传输介质到光缆传输介质，从模拟信号再到数字信号，陆地通信发生了巨大变化。但是在浩瀚的海洋上，由于复杂海上环境下作业会面临无线/水声双模信道时空差异大、节点空间与能源严重受限等问题，海洋通信的发展明显滞后于陆地通信。
3.目前，相关技术中传统网关设备不具备跨域通信和水下组网的能力，同时难以适应复杂的海上环境。


技术实现要素：

4.鉴于相关技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种用于水面与水下的跨域通信网关及系统，能够实现水面和水下的跨域通信、水下组网，适应环境能力强。
5.第一方面，本公开提供一种用于水面与水下的跨域通信网关，所述跨域通信网关包括：
6.主控舱，内部设置有处理通信数据的主控板；
7.位于所述主控舱上端的水面载荷接入舱，内部设置有与所述主控板连接的水面载荷；
8.位于所述主控舱下端的水下载荷接入舱，内部设置有与所述主控板连接的水声换能器。
9.可选地，在本公开一些实施例中，所述跨域通信网关还包括集成通信模组，所述集成通信模组与所述主控板上的插接座热插拔连接。
10.可选地，在本公开一些实施例中，所述水面载荷与所述主控板通过所述主控舱内部设置的适配器件板相连接，所述适配器件板上设置有接口。
11.可选地，在本公开一些实施例中，所述水面载荷包括天线和传感器中的至少一种。
12.可选地，在本公开一些实施例中，所述跨域通信网关还包括位于所述主控舱底部一端，且与所述水面载荷接入舱连接的第一配重舱，以及位于所述主控舱底部另一端，且与所述水下载荷接入舱连接的第二配重舱，其中所述第一配重舱和所述第二配重舱内分别设置有可调配压载。
13.可选地，在本公开一些实施例中，所述跨域通信网关还包括位于所述主控舱底部中间的能源舱，所述能源舱内设置有电池组和与所述电池组连接的供配电板。
14.第二方面，本公开提供一种用于水面与水下的跨域通信系统，所述跨域通信系统包括至少两个第一方面中任意一项所述的跨域通信网关，所述跨域通信网关的主控板包括：
15.通信模块，配置用于收发各类通信链路的数据报文，并进行协议转换及数据处理；
16.组网模块，配置用于搭载跨域组网算法，根据所述数据报文，组建所述跨域通信网关对应的网络。
17.可选地，在本公开一些实施例中，水声通信链路的数据报文包括水下传感节点的标号，每个所述跨域通信网关的组网模块还用于根据相同标号的所述水下传感节点在各所述跨域通信网关上的数据报文接收时间，确定最短路径，以形成路由。
18.可选地，在本公开一些实施例中，所述组网模块还用于在形成路由之前，对所述数据报文进行解析，生成包含所述水下传感节点的标号和所述数据报文接收时间的网内节点表，并通过所述通信模块与周围所述跨域通信网关交互所述网内节点表。
19.可选地，在本公开一些实施例中，所述水声通信链路的数据报文还包括所述水下传感节点的剩余能量值和深度值。
20.从以上技术方案可以看出，本公开实施例具有以下优点：
21.本公开实施例提供了一种用于水面与水下的跨域通信网关及系统，该跨域通信网关包括主控舱、位于主控舱上端的水面载荷接入舱和位于主控舱下端的水下载荷接入舱，其中主控舱内部设置有处理通信数据的主控板，水面载荷接入舱内部设置有与主控板连接的水面载荷，以及水下载荷接入舱内部设置有与主控板连接的水声换能器。本公开实施例通过嵌入式结构，融合多种通信手段，实现了水面和水下的跨域通信，并且可以在水下网络带宽受限、链路稳定性不足的情况下，通过将组网功能上移至空基层和天基层，降低水下组网消耗，使得水声链路最大化应用于数据传输。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1为本公开实施例提供的一种跨域通信网关的主视结构示意图；
24.图2为本公开实施例提供的一种跨域通信网关的侧视结构示意图；
25.图3为本公开实施例提供的一种跨域通信系统的结构示意图；
26.图4为本公开实施例提供的一种相关技术中岸端水上业务模型示意图；
27.图5为本公开实施例提供的一种相关技术中岸端水下业务模型示意图；
28.图6为本公开实施例提供的一种跨域通信系统的业务模型示意图；
29.图7为本公开实施例提供的另一种跨域通信系统的业务模型示意图；
30.图8为本公开实施例提供的一种各个节点的工作流程示意图；
31.图9为本公开实施例提供的一种组网示意图；
32.图10为本公开实施例提供的一种数据传输示意图；
33.图11为本公开实施例提供的一种跨域通信示意图。
34.附图标记：
[0035]1‑
跨域通信网关，11
‑
主控舱，111
‑
主控板，1111
‑
通信模块，1112
‑
组网模块，112
‑
插接座，113
‑
适配器件板，12
‑
水面载荷接入舱，121
‑
水面载荷，13
‑
水下载荷接入舱，131
‑
水声换能器，14
‑
集成通信模组，15
‑
第一配重舱，16
‑
第二配重舱，17
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可调配压载，18
‑
能源舱，181
‑
电池组，182
‑
供配电板，2
‑
跨域通信系统。
具体实施方式
[0036]
为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
[0037]
本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0038]
此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
[0039]
为了便于理解和说明，下面通过图1至图11详细地阐述本公开实施例提供的用于水面与水下的跨域通信网关及系统。
[0040]
请参考图1，其为本公开实施例提供的一种跨域通信网关的主视结构示意图。该跨域通信网关1包括主控舱11，内部设置有处理通信数据的主控板111；位于主控舱11上端的水面载荷接入舱12，内部设置有与主控板111连接的水面载荷121；以及，位于主控舱11下端的水下载荷接入舱13，内部设置有与主控板111连接的水声换能器131。
[0041]
可选地，本公开实施例中跨域通信网关1还包括集成通信模组14，该集成通信模组14与主控板111上的插接座112热插拔连接，这样设置的好处是在不用关闭电源的情况下，即可以灵活地插入或者拔出设备，操作方便。
[0042]
可选地，本公开实施例中水面载荷121与主控板111通过主控舱11内部设置的适配器件板113相连接，其中适配器件板113上设置有接口。比如，水面载荷121可以包括但不限于天线和传感器中的至少一种，天线(例如4g天线、卫通天线或者自组网天线)通过sma接口(small a type)连接适配器件板113，传感器通过传感器接口连接适配器件板113。
[0043]
请参考图2，其为本公开实施例提供的一种跨域通信网关的侧视结构示意图。该跨域通信网关1还包括位于主控舱11底部一端，且与水面载荷接入舱12连接的第一配重舱15，以及位于主控舱11底部另一端，且与水下载荷接入舱13连接的第二配重舱16。其中，第一配重舱15和第二配重舱16内分别设置有可调配压载17，这样设置的好处是能够根据实际情况，调整与海洋环境相适应的浮力。
[0044]
进一步地，该跨域通信网关1还包括位于主控舱11底部中间的能源舱18，该能源舱18内设置有电池组181和与电池组181连接的供配电板182，以对主控舱11内的主控板111进行供电。
[0045]
基于前述实施例，本公开实施例提供一种用于水面与水下的跨域通信系统，请参考图3，该跨域通信系统2包括至少两个图1～图2对应实施例的跨域通信网关1。其中，该跨域通信网关1的主控板111包括：
[0046]
通信模块1111，配置用于收发各类通信链路的数据报文，并进行协议转换及数据处理；
[0047]
组网模块1112，配置用于搭载跨域组网算法，根据数据报文，组建跨域通信网关对应的网络。
[0048]
需要说明的是，如图4～图5所示，分别对应相关技术中岸端水上业务模型和岸端水下业务模型，可以看出其仅具备单域通信能力，而如图6～图7所示，本公开实施例通过跨域通信网关1实现了协同业务模型。其中，“—”表示天基和空基通信链路，
“‑‑‑”
表示水声通信链路。
[0049]
示例性地，请参考图8，其为本公开实施例提供的一种各个节点的工作流程示意图。节点完成布放并上电之后，首先初始化和状态检测，判断卫星通信模块是否入网，如果该卫星通信模块入网，则向岸基上报准备信息，而如果该卫星通信模块没有入网，则继续进行状态检测。进一步地，检测水下传感节点和空域接口状态，如果接口处于激活状态，则依次执行图9所示的组网流程和图10所示的数据传输流程，而如果接口处于未激活状态，则继续进行接口检测。
[0050]
具体地，请参考图9，首先广播组网通告，并监测接口状态，如果未接收到组网通告响应，则继续进行接口监测，而如果接收到组网通告响应，则解析组网报文信息；之后，计算路径，并更新路由表和路由优先级，比如水声通信链路的数据报文可以包括水下传感节点的标号，此时每个跨域通信网关1的组网模块1112还用于根据相同标号的水下传感节点在各跨域通信网关1上的数据报文接收时间，确定最短路径，以形成路由。
[0051]
可选地，本公开实施例中组网模块1112还用于在形成路由之前，对数据报文进行解析，生成包含水下传感节点的标号和数据报文接收时间的网内节点表，并通过通信模块1111与周围跨域通信网关1交互网内节点表。
[0052]
可选地，本公开实施例中水声通信链路的数据报文还可以包括水下传感节点的剩余能量值和深度值，这样设置的好处在于参数更加丰富，使得所组建的网络性能更加优化。
[0053]
请参考图10，在接收到数据之后，对目的地址进行识别，并比对路由表，如果存在对应路由条目，则参照该路由条目选择下一跳发出，而如果不存在该路由条目，则丢弃报文。
[0054]
在跨域通信的过程中，请参考图11，跨域通信网关1等待水下传感节点触发接收态，如果没有触发接收态，则继续等待，而如果触发了接收态，进行数据接收并进行协议转换(本公开例图为rs232转为ttl)；之后，解包，读取目的地址，并查询路由表或者地址表，组包，将ttl转为ip包；进而，按照路由表或者地址表下一跳发出。需要说明的是，本公开例图中天基通信主要采用卫星通信方式进行数据传输，物理接口为rj45。空基通信主要采用自组网设备进行数据传输，物理接口为rj45，各节点之间构成无中心式自组网结构；水下采用水声通信方式，接口采用rs232接口，跨域通信网关配置适配水声环境的路由和组网协议。
[0055]
本公开实施例提供的用于水面与水下的跨域通信网关及系统，该跨域通信网关包括主控舱、位于主控舱上端的水面载荷接入舱和位于主控舱下端的水下载荷接入舱，其中主控舱内部设置有处理通信数据的主控板，水面载荷接入舱内部设置有与主控板连接的水面载荷，以及水下载荷接入舱内部设置有与主控板连接的水声换能器。本公开实施例通过嵌入式结构，融合多种通信手段，实现了水面和水下的跨域通信，并且可以在水下网络带宽受限、链路稳定性不足的情况下，通过将组网功能上移至空基层和天基层，降低水下组网消耗，使得水声链路最大化应用于数据传输。
[0056]
以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围。