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1UWNM-W設(shè)計(jì)
與無線信道相比,海洋水聲信道具有強(qiáng)噪聲、高延遲和低帶寬等特點(diǎn),其復(fù)雜多變的環(huán)境造成信號(hào)能量不同程度衰減。因此,陸地網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制難以移植到水聲網(wǎng)絡(luò)管理中,也難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。為節(jié)約網(wǎng)絡(luò)信道資源,降低水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能量消耗,減少網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的延遲,本文利用信息捎帶機(jī)制,通過收集水聲網(wǎng)絡(luò)的正常通信數(shù)據(jù)信息,以及Web可視化操作界面掌握網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)浼澳芰糠植冀Y(jié)構(gòu)。
1.1信息捎帶與存儲(chǔ)
水聲網(wǎng)絡(luò)主要是將水下采集或者接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿?,再由匯聚節(jié)點(diǎn)向陸地傳輸??梢栽跀?shù)據(jù)報(bào)文頭部添加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的位置和能量信息,利用水聲多跳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式,將數(shù)據(jù)報(bào)文所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的位置和能量信息帶到匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)分離出水聲節(jié)點(diǎn)的位置、能量信息以及數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給水上異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)中的UWNM-W服務(wù)器進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。為獲取水聲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置和能量信息,用戶必須通過Web客戶端對水聲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。具體過程如下:(1)操作用戶從Web客戶端向UWNM-W服務(wù)器發(fā)送命令。(2)UWNM-W服務(wù)器接收操作用戶從Web客戶端發(fā)送的指令后,對指令進(jìn)行分析,并根據(jù)指令內(nèi)容,向水面匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令。(3)水面匯聚節(jié)點(diǎn)收到來自UWNM-W服務(wù)器的控制命令后,根據(jù)命令內(nèi)容,向海底水聲網(wǎng)絡(luò)廣播控制信息。(4)水聲節(jié)點(diǎn)收到控制信息后,修改自身設(shè)置狀態(tài),進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)告模式。當(dāng)水聲節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)告模式,即可通過正常的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸,將水聲節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)寫入報(bào)文中,跟隨數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)水面匯聚節(jié)點(diǎn),最終到達(dá)UWNM-W服務(wù)器。當(dāng)水聲節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),首先查看自身狀態(tài),如果處于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)告模式,則在數(shù)據(jù)報(bào)文的數(shù)據(jù)部分加入附帶信息。數(shù)據(jù)部分是水聲節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù);節(jié)點(diǎn)編號(hào)列表部分記錄報(bào)文從源節(jié)點(diǎn)開始所經(jīng)過的所有水聲節(jié)點(diǎn)的編號(hào);位置信息列表記錄報(bào)文經(jīng)過各節(jié)點(diǎn)時(shí)水聲節(jié)點(diǎn)所處的位置信息;能量信息列表記錄報(bào)文經(jīng)過各節(jié)點(diǎn)時(shí),水聲節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息。位置信息列表和能量信息列表的內(nèi)容順序按照節(jié)點(diǎn)編號(hào)列表的順序組織。攜帶節(jié)點(diǎn)位置和能量信息的數(shù)據(jù)報(bào)文以多跳傳輸?shù)姆绞?,從源?jié)點(diǎn)到達(dá)水面匯聚節(jié)點(diǎn)后,由匯聚節(jié)點(diǎn)將“節(jié)點(diǎn)編號(hào)列表”、“位置信息列表”、“能量信息列表”和數(shù)據(jù)部分分離出來,并傳給UWNM-W服務(wù)器。UWNM-W服務(wù)器收到匯聚節(jié)點(diǎn)傳來的信息后,將信息分門別類的存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。
1.2信息處理與分析
UWNM-W服務(wù)器邏輯分析程序?qū)崟r(shí)對數(shù)據(jù)庫中網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控,一旦有數(shù)據(jù)發(fā)生變化,則將數(shù)據(jù)分析并繪制成圖表,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給Web客戶端。UWNM-W系統(tǒng)程序主要分為6個(gè)模塊,即信息查詢模塊、信息更新模塊、命令分析模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、匯聚節(jié)點(diǎn)控制模塊和數(shù)據(jù)接收模塊。(1)信息查詢模塊主要為Web客戶端提供數(shù)據(jù)檢索功能,從數(shù)據(jù)庫中提取符合條件的數(shù)據(jù)。該模塊類似于普通的Web系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫查詢功能,主要關(guān)注數(shù)據(jù)庫的檢索效率和準(zhǔn)確率指標(biāo)。(2)信息更新模塊主要用于保存數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)主要來自客戶的輸入和水聲節(jié)點(diǎn)的傳輸。(3)命令分析模塊主要用于解析操作用戶從Web客戶端發(fā)送的操作指令,并調(diào)用匯聚節(jié)點(diǎn)控制模塊。該模塊首先利用信息查詢模塊來檢索已有的指令庫,根據(jù)指令庫中的要求,組成匯聚節(jié)點(diǎn)控制命令;然后,將控制命令作為參數(shù)調(diào)用匯聚節(jié)點(diǎn)控制模塊,向水面匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令。(4)數(shù)據(jù)接收模塊主要用于接收Web客戶端和水面匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),并交由數(shù)據(jù)分析模塊來提取相關(guān)信息,再調(diào)用信息更新模塊來保存數(shù)據(jù)。
2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)
基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)以水面匯聚節(jié)點(diǎn)作為橋梁,中轉(zhuǎn)來自UWNM-W服務(wù)器的命令和水聲節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),因此提高水面匯聚節(jié)點(diǎn)處理程序的效率成為提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。如果水面匯聚節(jié)點(diǎn)程序或硬件處理能力低,則直接影響系統(tǒng)命令的廣播和水聲節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的接收提取,將直接降低操作用戶在Web客戶端的體驗(yàn)。影響系統(tǒng)整體效率的關(guān)鍵是UWNM-W系統(tǒng)程序的命令分析模塊。本文設(shè)計(jì)中,UWNM-W系統(tǒng)程序的命令分析模塊需要先在數(shù)據(jù)庫命令集合中查找命令相關(guān)信息,根據(jù)查詢結(jié)果重構(gòu)水面匯聚節(jié)點(diǎn)控制命令。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的命令更新和解析機(jī)制,直接影響系統(tǒng)整體的可擴(kuò)展性和可操作性。
3結(jié)語
針對水聲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息監(jiān)控難的問題,本文設(shè)計(jì)了一種基于Web的水聲網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用捎帶機(jī)制,通過正常的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息傳輸?shù)剿嫔系膮R聚節(jié)點(diǎn),再由匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器。操作用戶通過Web客戶端查詢數(shù)據(jù)庫中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)信息,或者向水聲節(jié)點(diǎn)發(fā)送狀態(tài)修改命令。UWNM-W系統(tǒng)利用簡單的設(shè)備和結(jié)構(gòu),可以動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地監(jiān)控整個(gè)水聲網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程的變化情況,為水聲網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的發(fā)展提供一種有效解決方案。
作者:李丹 單位:欽州學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院