摘要：通过对声呐浮标与无线传感器节点的特点进行分析和对比，认为声呐浮标组网是可行的。接着分析了声呐浮标单独使用时在搜潜性能方面的局限性，认为声呐浮标组网对于提高搜潜能力是必要的。然后提出了声呐浮标组网后，网络的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层的功能，并对其中的物理层、数据链路层和网络层加以具体描述。组网后，声呐浮标在探测范围、节约能量等方面将有很大的提高。

　　关键词: 无线传感器网络;声呐浮标; 组网; 水声通信

　　Abstract: Analyzing sonar buoy and wireless sensor node as well as comparing with each other, the paper thinks it is feasible that sonar buoys set up network. According to analyzing the limitation of separate sonar-buoys as far as searching submarine is concerned, the paper also thinks it is necessary that sonar buoys network is set up. After that, the paper presents functions of five layers in sonar buoy network, and also explains physics layer, data-link layer and network layer. The network enhances ability of detecting area and saving power.

　　Key words: wireless sensor network; sonar buoy; setting up network; acoustic communication 声呐浮标与无线传感器网络 声呐浮标是无线声呐浮标(Radio Sonar Buoy)的简称，它兼有声呐和无线电收发信机装备。反潜飞机在搜潜区域投放一定阵式和数量的声呐浮标，浮标抵达水面后，其声呐部分自动下沉到预定深度，对潜艇目标实施探测，并将探测到的信息通过水面浮标天线发送给在该海区上空巡逻的反潜飞机，由反潜飞机或其他武器平台用攻潜武器对该潜艇实施攻击[1]。声呐浮标具有体积小、搜索面积大、搜索效率高、隐蔽性好、不受海区限制等优点，是反潜飞机尤其是固定翼反潜巡逻机的主要反潜探测设备。

　　无线传感器网络(wireless sensor network)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[2]。在传感器网络中，每个传感节点能够感知和采集附近一定范围内的环境信息，并将监测的数据沿着其他传感节点逐跳地进行传输，最后路由到汇聚节点(sink)，再通过互联网或卫星到达管理节点和用户。汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议之间的通信协议转换。

　　与传感节点相类似，声呐浮标也同时兼有数据监测采集和对外通信转发的能力，并且具有一定的存储能力和计算能力。因此，对比无线传感器网络的组网原理，声呐浮标组网在技术上是可行的。 声呐浮标组网的必要性 在反潜作战中，利用反潜直升机布放若干个声呐浮标进行探测，并将每个声呐浮标的监测数据传送给海域上空的反潜飞机。由于这些声呐浮标彼此独立，探测能力十分有限，从而会在时域上和空域上出现一些问题。如果将声呐浮标组成网络，声呐浮标作为网络中的节点协同工作，这些问题就会得到很好的解决，从而使搜潜能力大大提高。

　　(1)声呐浮标探测范围有限

　　声呐浮标具有主动工作方式和被工作方式两种类型。主动式定向声呐浮标既能测定潜艇方位，又能测定潜艇距离;被动定向声呐浮标只能测定出潜艇方位，而不能测定出潜艇距离，需要多个声呐浮标进行交叉定位，才能得出潜艇位置。而对于非定向声呐浮标，不能测定潜艇的方位，只能测定出潜艇的距离，甚至只能知道附近有无潜艇存在而对其他信息一无所知。

　　无论对于哪种类型的声呐浮标，如果需要详细得知潜艇的精确位置信息和运动要素，就需要把各个声呐浮标的监测数据进行汇总、融合，由计算模块进行相关的计算。为了得到精确的目标信息，就需要把每个声呐浮标有机的联系起来。

　　(2)声呐浮标能量有限

　　声呐浮标所携带的能量是有限的[3]，这就需要尽量减少通信量特别是远距离通信。如果每个声呐浮标都将自己的监测数据发给高空中的反潜飞机，由飞机进行数据融合和处理，这样必然会耗费大量的通信能量，从而减少了声呐浮标的有效存活期。

　　如果将声呐浮标进行组网，每个节点将监测数据传送给其中的一个汇聚节点，由这个汇聚节点进行数据融合和处理，并将结果发送给反潜飞机，这样就会节约大量的能量，从而延长网络的存活期。虽然汇聚节点增加了运算量，需要额外的能耗，但这些能耗要远远小于发送数据到反潜飞机所需的能耗。

　　(3)声呐浮标通信距离有限

　　对于反潜直升机，如果飞行高度太低，螺旋桨产生向下的强大气流会激起海面的强烈扰动，这些扰动以及直升机本身发出的噪音很容易被潜艇发现，潜艇有可能发射潜空导弹攻击直升机，从而对直升机造成威胁。因此，直升机要在足够的高度范围内飞行。

　　另一方面，由于声呐浮标的通信距离有限，直升机只能与它正下方附近的声呐浮标进行通信，而无法与较远处的声呐浮标通信。这就需要较远处的声呐浮标将数据传送给直升机正下方附近其中一个声呐浮标，由它完成与直升机之间的数据转发工作。从这方面来看，声呐浮标组网也是必要的。 声呐浮标组网 与无线传感器网络相类似，声呐浮标网络协议栈分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应[3]。其中，物理层提供简单而健壮的信号调制和无线收发技术;数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制;网络层主要负责路由生成与路由选择;传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分;应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。声呐浮标网络同样需要一个计算能力强和电能携带量大的汇聚节点，来融合其他节点传来的数据并发送给上空的直升机或卫星。

　　但是，声呐浮标网络与无线传感器网络的特点有所不同。第一，声呐浮标的通信方式与无线传感节点有所不同;第二，声呐浮标的数量比无线传感节点的数量要少的多;第三，声呐浮标位置较无线传感节点更加具体明确。因此，声呐浮标网络与传感器网络的有些协议层是不相同的。 物理层 无线传感节点之间的通信只有无线电波一种方式。声呐浮标节点之间的通信有两种方式，一是通过水面上的无线电波进行通信，二是通过水下声波进行通信，即水声通信。两者各有优缺点，应用时机也不同。因此，声呐浮标节点需要增加一个通信方式转换的装置，它的体系结构如图1所示。通信方式转换器一方面根据水文气象条件自动转换通信方式，一方面接收上级指令进行转换通信方式。

　　图1 声呐浮标节点体系结构 数据链路层 无线电通信方式与水声通信方式的传输时延不同，声波在水中的传播速度仅为1500m/s。以声呐浮标节点的间距2nm为例，电磁波传播的时间为0.0123ms，而水声传播的时间为2.469s。但是，相对于移动缓慢的潜艇来说，水声传播的时延不会对目标信息的获取和作战决策的制定造成太大的影响。如果采用水声通信方式，一方面，数据链路层要做好数据成帧、帧检测和差错控制工作，另一方面，还要采取有效的加密手段，以防止潜艇对声呐浮标节点之间信息传播的侦听和破译。此外，还应该减少声呐浮标换能器的发射功率。

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