包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法技术

技术编号:14409866 阅读:88 留言:0更新日期:2017-01-11 20:23
本发明专利技术公开了包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法,包括:布放静态节点;运动节点进入水声通信网络的通信范围后,确定本节点当前相对上述坐标系统的位置及速度矢量,并在信道空闲时向水声通信网络中的其他节点广播加入网络信令;当节点有数据需要发送时,在新的传输周期参与信道的竞争,计算本节点能无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻,并在该时刻发送数据;当运动节点需要退出网络时,在信道空闲时向其他节点广播退出网络信令,其他节点接收到该信令后。本发明专利技术能有效地提高信道的利用效率,减少通信的平均时延,可以广泛用于各种包含运动节点的水声通信网、水声传感网等场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水声通信领域,特别涉及一种包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法
技术介绍
水声通信网络在水下勘探、水下石油开采、战术监控、污染监测、海啸预警、辅助导航、生态监控等方面有着广泛的用途,但由于水声信道具有频带窄、时延长、能量受限等特点,因此陆上的组网技术用于水下时效率会显著下降,需要针对水声环境的特点修改或重新设计组网协议。在典型的水声网络应用中,一个水下网络常常由若干个位置相对固定的静态传感节点和少数可自主移动的运动节点(如AUV等)共同构成,其信道的共享方式主要可以分为固定分配信道和竞争使用信道两种。固定分配信道的方式将整个通信的频谱资源划分为多个信道,固定分配给节点单独使用。这种信道的使用方式可以避免冲突的发生,也无需握手等交互,适用于各节点持续有数据发送的场合,但对于突发数据的传输效率不高,并且当网络节点的增加超出预期时信道的分配不够灵活,不利于运动节点的管理。在竞争使用信道的方式中,用户通过竞争获取信道的使用权,并在一定时间内独占所有的带宽,可以较好地满足突发数据传输的要求,且当网络节点数量发生变化时信道的分配也较为简单,很适合用于具有运动节点的场合,但在多个节点同时有数据要发送时,需要使用专门的技术来决定信道的使用权,以避免冲突的发生。握手是竞争使用信道方式中最常用的一种冲突避免技术,CSMA、MACA和FAMA等常用的水声网络媒体接入控制协议中均采用了握手机制,但由于水声信道中时延很长,现有技术存在着以下的不足:(1)信道利用率低。一个传输周期通常包括握手、数据传输、传输结束三个阶段。由于声波在水中的传播速度低,握手阶段中节点间的信息交互通常需要较长的时间才能完成。而现有基于握手的水声网络媒体接入控制协议中每个传输周期只允许一对节点通信,使得握手阶段耗时在整个传输周期中占有较大的比例,有效数据传输时间所占比例小,降低了信道的利用率。(2)多节点通信时平均时延长。在现有基于握手的水声媒体接入控制协议中,由于每个传输周期只允许一对节点通信,因此多对节点需要轮流进入各自的传输周期才能完成传输,即当前一对节点传输完毕后,新的一对节点需要重新进行握手、传输数据及结束传输的过程,需要较长的时间才能完成多节点之间的通信。为了解决上述问题,中国专利技术专利CN201410714302中提供了一种适用于竞争信道水声网络的多节点快速通信方法,可以让水声网络中的多个节点在同一个传输周期内并行批量传输数据而不发生冲突,能有效地提高信道的利用效率,减少通信的平均时延,但该方法只针对所有节点均为静态节点的网络,不能很好地适应包含运动节点的水下应用的需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提供了一种包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法,该方法根据各节点的位置和速度信息来安排源节点的数据发送时刻,使得水声网络能在同一个传输周期内实现多组节点数据的无冲突并行传输,能有效地提高信道的利用效率,减少通信的平均时延,可以广泛用于各种包含运动节点的水声通信网、水声传感网等场合。本专利技术提供的包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法,包含以下步骤:步骤1:布放静态节点,由静态节点组建水声通信网络,并根据静态节点布放的位置建立坐标系统,确定所有静态节点的坐标。步骤2:运动节点进入水声通信网络的通信范围后,确定本节点当前相对上述坐标系统的位置及速度矢量,并在信道空闲时向其他节点广播加入网络信令,其他节点接收到该信令后,记录新增的运动节点。步骤3:当节点有数据需要发送时,在新的传输周期参与信道的竞争,根据本节点的当前位置和速度矢量,以及本次传输周期中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和待发送数据的长度,计算本节点可以无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻,并在该时刻发送数据。步骤4:当运动节点需要退出网络时,在信道空闲时向其他节点广播退出网络信令,其他节点接收到该信令后,删除所记录的上述运动节点的信息。上述步骤3中,每个传输周期包含握手、传输、结束三个阶段,具体步骤如下:步骤3.1:当信道空闲且有至少1个节点需要发送数据时,网络进入握手阶段。需要发起通信的节点广播RTS信令,相应的目的节点若同意通信,则广播回复CTS信令,直至在预设的时间内再无新的RTS和CTS信令发出,握手阶段结束。所有RTS和CTS信令中包含该RTS或CTS信令发送的时刻,RTS中包含待发送数据的长度,若移动节点作为源节点或目的节点时,其RTS或CTS信令中还包含上述移动节点的当前位置和速度矢量。每个节点侦听并记录本次传输周期中所有成功握手的源节点和相应的目的节点。步骤3.2:握手阶段结束后,网络进入传输阶段,每个需要发送信息的节点按优先级顺序,根据本节点的位置和速度矢量,以及本次传输周期网络中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和待发送数据的长度,计算本节点可以无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻并计时,计时至该时刻后,向相应目的节点发送数据。上述静态节点的位置为网络部署时该节点的位置,其速度矢量为0。步骤3.3:当所有节点的数据发送完毕后,网络进入结束阶段,每个接收到数据的目的节点按优先级顺序,根据本节点的位置和速度矢量,以及本次传输周期网络中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和ACK或NACK信令的长度,计算本节点可以无冲突发送ACK或NACK信令至相应源节点的时刻并计时,计时至该时刻后,接收数据正确的目的节点向相应的源节点发送ACK信令,接收数据有错误的目的节点向相应的源节点发送NACK信令。上述静态节点的位置为网络部署时该节点的位置,其速度矢量为0,ACK和NACK信令具有相同的长度。当最后一个目的节点发送完ACK或NACK信令后,经过预设的时间,本传输周期结束。上述的步骤3.2中,每个节点发送数据的时刻采用以下方法计算:步骤3.2.1:优先级最高的源节点s1以最后一个CTS信令中的时间标签为传输阶段的0时刻,经过预设时间后开始发送数据,其中Dmax为水声网络任意两节点间数据传播的最大延时,为预设的延时。上述CTS信令中的时间标签为该CTS信令发送的时刻。步骤3.2.2:以最后一个CTS信令中时间标签为传输阶段的0时刻,优先级为i的源节点si按式(1)顺次计算出优先级为2~i的所有源节点发送数据的时刻,并在Tidata时刻发送数据给相应的目的节点diTidata=argminTidata{Tidata+Pidata+Dsidi(Tidata+Pidata)本文档来自技高网
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包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法

【技术保护点】
包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、布放静态节点,由静态节点组建水声通信网络,并根据静态节点布放的位置建立坐标系统,确定所有静态节点的坐标;步骤2、运动节点进入水声通信网络的通信范围后,确定本节点当前相对上述坐标系统的位置及速度矢量,并在信道空闲时向水声通信网络中的其他节点广播加入网络信令,其他节点接收到该信令后,记录新增的运动节点;步骤3、当节点有数据需要发送时,在新的传输周期参与信道的竞争,根据本节点的当前位置和速度矢量,以及本次传输周期中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和待发送数据的长度,计算本节点能无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻,并在该时刻发送数据;步骤4、当运动节点需要退出网络时,在信道空闲时向其他节点广播退出网络信令,其他节点接收到该信令后,删除所记录的上述运动节点的信息。

【技术特征摘要】
1.包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、布放静态节点,由静态节点组建水声通信网络,并根据静态节点布放的位置建立坐标系统,确定所有静态节点的坐标;步骤2、运动节点进入水声通信网络的通信范围后,确定本节点当前相对上述坐标系统的位置及速度矢量,并在信道空闲时向水声通信网络中的其他节点广播加入网络信令,其他节点接收到该信令后,记录新增的运动节点;步骤3、当节点有数据需要发送时,在新的传输周期参与信道的竞争,根据本节点的当前位置和速度矢量,以及本次传输周期中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和待发送数据的长度,计算本节点能无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻,并在该时刻发送数据;步骤4、当运动节点需要退出网络时,在信道空闲时向其他节点广播退出网络信令,其他节点接收到该信令后,删除所记录的上述运动节点的信息。2.根据权利要求1所述的包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法,其特征在于步骤3中,每个传输周期包含握手、传输、结束三个阶段,具体步骤如下:步骤3.1:当信道空闲且有至少1个节点需要发送数据时,网络进入握手阶段;需要发起通信的节点广播RTS信令,相应的目的节点若同意通信,则广播回复CTS信令,直至在预设的时间内再无新的RTS和CTS信令发出,握手阶段结束;所有RTS和CTS信令中包含该RTS或CTS信令发送的时刻,RTS中包含待发送数据的长度,若移动节点作为源节点或目的节点时,其RTS或CTS信令中还包含上述移动节点的当前位置和速度矢量;每个节点侦听并记录本次传输周期中所有成功握手的源节点和相应的目的节点;步骤3.2:握手阶段结束后,网络进入传输阶段,每个需要发送信息的节点按优先级顺序,根据本节点的位置和速度矢量,以及本次传输...

【专利技术属性】
技术研发人员:张军赖汉华宁更新冯义志季飞余华陈芳炯
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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