水下無線多點通信系統研究
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由于水聲信道的傳輸條件十分惡劣，特別是淺海水聲信道，信道的帶寬有限，取決于距離和頻率，在這種有限的帶寬內，聲信號受強環境噪聲，時變多徑的影響，可能會導致嚴重的碼間干擾(ISI)、大的多普勒頻移擴展及長的傳輸時延。另外，無線電磁波和光波在水中的衰減非常大，無法實現遠程傳輸。所以，在設計水聲傳感網時可以借鑒無線電組網技術，但是還要考慮水聲信道的特點。
1 水下無線多點通信系統
1．1 系統的總體構架
基于水聲信道的特點，同時考慮到頻域上相鄰點的間隔必須大于信道的相干帶寬，所以采用FSK調制方式的跳頻通信來實現。與陸地上的無線傳感網絡結構一樣，水聲傳感網的拓撲結構可分為兩大類：一種是小規模網絡中采用典型的星型結構；另一種，大規模、多節點、分散密集的環境中，組建的分布式對等網絡拓撲結構。
該設計實現的是小規模網絡，采用星型結構，由一臺PC機，一個主節點、多個分節點組成網絡系統。一臺和Internet網絡連接的PC機是網絡的監控中心，由主節點來廣播信息實現數據傳輸與命令控制，終端設備直接受控于主節點，構建的水下無線傳感網絡，系統如圖1所示。
1．2 水下無線多點通信系統的通信協議
為了水下無線傳感網絡能穩定、無誤碼地完成命令發送和數據傳輸，也需要通信協議來保證其可靠性。結合水下無線傳感網的需求，在此分別定義PC機到節點下行的發送數據通信協議，節點到PC機的上行接收數據通信協議兩種不同的通信協議。
開始符 用“％”的ASCII碼表示數據幀頭。
從機編號 用0～99表示命令是要控制第幾個分節點。0編號作為廣播式設定，即如果是0編號，則水面中繼器向各水聲通信從機群發送控制信息。
控制命令 設定從節點需要處理的動作類型編號，控制指令的編號對應水下無線傳感網分節點采取不同的控制操作。
結束符 用“MYM”的ASCII碼表示數據幀尾。
(2)接收數據的通信協議
開始符 采用“％”的ASCII碼表示數據幀頭。
從機編號 當前回送的數據來自水下無線傳感網的分節點編號。
數據類型 表示所傳輸的數據代表的含義。
數據內容 具體監測到的數據。
結束符 采用“MYM”的ASCII碼占表示數據幀尾。
2 通信節點的系統設計
在水下無線傳感網絡里有兩種設備：主節點和分節點。主節點主要負責各項監測任務的下達和數據等反饋信息的簡單聚合與處理，是其余各節點與主控制PC機之間連接溝通的橋梁；分節點主要負責搜集傳感器或者接口設備的測量數據，并直接向主節點反饋響應信號或數據。PC機和主節點之間的通信是通過RS 232實現的，而主節點和各節點之間的通信是通過水聲換能器實現。
2．1 系統硬件結構
系統硬件結構如圖2所示。
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