一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法及系统，包括：获取水下声学网络节点间数据传输的当前误包率和历史数据传输的平均误包率；根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率；根据所述理论误包率计算编码率；利用所述编码率进行节点间的数据传输。发明专利技术提供的技术方案通过历史平均误包率和当前误包率计算理论误包率，然后根据理论误包率计算编码率，通过此编码率进行数据传输，使得数据可以达到很高的交付率，使得数据传输的延时小。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法及系统
本专利技术属于水下声学网络领域，尤其涉及一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法及系统。
技术介绍
水下声学网络(Underwateracousticcommunicationnetworks，UAN)具有长传播延迟，信道易出错和基于半双工声调制解调器通信等特点。这些特征向UAN中的可靠数据传输提出了挑战。具体来说，我们考虑一个多跳弦拓扑网络，其中有一个发送方和一个接收方。这种类型的UAN广泛应用，例如从底层节点发送重要数据到水面网关站点。在传统的端到端和逐跳可靠数据传输过程中，由于信道易出错，重传概率高，从而导致传输效率较低。由于水下环境中的传播延迟较大，每次重传都导致端到端延迟显著增长。因此，需要提供一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法来解决现有技术的不足。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法及系统。一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，包括：获取水下声学网络节点间数据传输的当前误包率和历史数据传输的平均误包率；根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率；根据所述理论误包率计算编码率；利用所述编码率进行节点间的数据传输。进一步的，根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率，包括：按下式所示计算所述理论误包率：PER＝(1-α)×PERavg+α×PERinst其中，α为系统参数；PERavg为历史数据传输的平均误包率；PERinst为当前误包率。进一步的，根据所述理论误包率计算编码率，包括：按下式所示计算所述编码率：其中，PER为理论误包率。进一步的，利用所述编码率进行节点间的数据传输，包括：获取待传输的数据分组；利用所述编码率对数据分组进行编码，得到编码后的数据分组；将所述编码后的数据分组传输至下一个节点。进一步的，利用所述编码率进行节点间的数据传输，还包括：确定节点间的时隙长度。进一步的，按下式所示计算所述时隙长度：其中，r为编码率；K为数据分组的大小；L为数据分组的长度；R为调制解调器的声比特率；D为两节点间的距离；V为水中的声速。进一步的，所述方法还包括：传输结束后，接收下一个节点返回的应答。进一步的，所述接收下一个节点返回的应答，包括：若所述下一个节点将所述编码后的数据分组恢复，则返回命令正确应答；否则，返回命令错误应答。一种用于水下声学网络的可靠数据传输系统，包括：获取模块，用于获取水下声学网络节点间数据传输的当前误包率和历史数据传输的平均误包率；第一计算模块，用于根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率；第二计算模块，用于根据所述理论误包率计算编码率；传输模块，用于利用所述编码率进行节点间的数据传输。进一步的，还包括：应答模块，用于数据传输结束后，接收下一个节点返回的应答。本专利技术提供的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：本专利技术提供的技术方案通过历史平均误包率和当前误包率计算理论误包率，然后根据理论误包率计算编码率，通过此编码率进行数据传输，使得数据可以达到很高的交付率，使得数据传输的延时小。本专利技术提供的技术方案采用GF随机线性编码(RLC)，其几乎可以100％地保证K’个编码的分组能够恢复K个数据分组。附图说明图1是本专利技术方法流程图；图2是本专利技术实施例中分段数据可靠传输方法中的三种碰撞示意图；图3是本专利技术实施例中无碰撞的多端同时发送示意图；图4是本专利技术实施例中多跳协调示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，包括：获取水下声学网络节点间数据传输的当前误包率和历史数据传输的平均误包率；根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率；根据所述理论误包率计算编码率；利用所述编码率进行节点间的数据传输。优选的，根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率，包括：按下式所示计算所述理论误包率：PER＝(1-α)×PERavg+α×PERinst其中，α为系统参数；PERavg为历史数据传输的平均误包率；PERinst为当前误包率。优选的，根据所述理论误包率计算编码率，包括：按下式所示计算所述编码率：其中，PER为理论误包率。优选的，利用所述编码率进行节点间的数据传输，包括：获取待传输的数据分组；利用所述编码率对数据分组进行编码，得到编码后的数据分组；将所述编码后的数据分组传输至下一个节点。优选的，利用所述编码率进行节点间的数据传输，还包括：确定节点间的时隙长度。优选的，按下式所示计算所述时隙长度：其中，r为编码率；K为数据分组的大小；L为数据分组的长度；R为调制解调器的声比特率；D为两节点间的距离；V为水中的声速。优选的，所述方法还包括：传输结束后，接收下一个节点返回的应答，若所述下一个节点将所述编码后的数据分组恢复，则返回命令正确应答；否则，返回命令错误应答。具体如下所示：当发送方有机会发送一个含有K个数据分组的块时，会产生K’＝rK个使用GF(256)随机线性编码的分组，其中r被定义为其当前编码率。之后，发送方将发送K’个编码分组到接收方，并且由于信道的擦除，一些分组可能会丢失。如果接收方能够恢复K个数据分组，它将发回命令正确应答(ACK)。否则，它将发回指示数据恢复失败的命令错误应答(NACK)。ACK和NACK都包括关于在最后传输中在接收机处接收到多少个分组的信息，并且因此发送者可以在接收到ACK或NACK时更新其误包率PER信息，从而更新其编码率r。在接收到NACK时，发送者将根据更新的编码率r和在接收机仍然需要的编码分组的数量发出更多的编码分组。此过程将一直持续到发送方接收到ACK。使用选择重传，可以实现一跳间的可靠性。通过使用GF(256)随机线性编码，编码率r的设置是很简单的。当发送方接收到ACK或者NACK的时候，它会更新本跳的PER信息，并将r设置为如果发送方发送了个编码分组，接收方能够接收到K个编码数据的概率是很大的。由于GF(256)随机线性编码的强大功能，在接收端可以恢复K个数据分组。用这种方式，我们可以在很大的概率上保证发送方发送的个编码分组足够让接收方恢复原始K个数据分组，从而在最大限度上降低了一跳之内的传播延迟。在发送方更新PER信息的方法是结合当前PER和历史平均PER。比如使用公式：PER＝(1-α)×PERavg+α×PERinst，这里的α是一个系统参数，PERavg表示历史平均PER，PERinst表示刚刚从ACK或NACK获取的当前最新PER。在我们的测试过程中发现，使用当前PER比使用平均PER的效果更好，因为当前PER更能准确地体现一跳内的目前PER状态。如图2所示，其中圆圈代表节点。为了允许多个节点同时发送而不引起冲突，发送节点之间至少需要两跳间隔。图3进一步说明，如果节点1和节点3同时进行发送，则会在节点2发生监听冲突。但是，如果节点1和节点4同时发送，则不会发生冲突。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，其特征在于，包括：获取水下声学网络节点间数据传输的当前误包率和历史数据传输的平均误包率；根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率；根据所述理论误包率计算编码率；利用所述编码率进行节点间的数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，其特征在于，包括：获取水下声学网络节点间数据传输的当前误包率和历史数据传输的平均误包率；根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率；根据所述理论误包率计算编码率；利用所述编码率进行节点间的数据传输。2.根据权利要求1所述的一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，其特征在于，根据所述当前误包率和平均误包率计算理论误包率，包括：按下式所示计算所述理论误包率：PER＝(1-α)×PERavg+α×PERinst其中，α为系统参数；PERavg为历史数据传输的平均误包率；PERinst为当前误包率。3.根据权利要求1所述的一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，其特征在于，根据所述理论误包率计算编码率，包括：按下式所示计算所述编码率：其中，PER为理论误包率。4.根据权利要求1所述的一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，其特征在于，利用所述编码率进行节点间的数据传输，包括：获取待传输的数据分组；利用所述编码率对数据分组进行编码，得到编码后的数据分组；将所述编码后的数据分组传输至下一个节点。5.根据权利要求4所述的一种用于水下声学网络的可靠数据传输方法，其特征在于，利用所述编码率进行节点间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩，刘金山，
申请(专利权)人：深圳市智慧海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44