【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声无线传感器网络领域，尤其是一种面向任务动态时隙的水声组网方法，主要适用于解决长时延信道条件下的快速、高效组网问题。
技术介绍
1、水声传感器网络通过网络化传输与实时处理，提高了水下作业的信息采集与处理能力，打破了单平台的局限性，是空天地海一体化智能组网架构的重要一环。
2、在水下，水声信道存在时延长、带宽窄和误码率高等特点，并且水下节点携带能量有限，这些限制对水声组网造成挑战。灵活高效利用水声信道资源，减少组网阶段的数据冲突碰撞，能节省组网过程中的能耗，延长水声传感器网络有效工作时间所以，在水声节点组网中，tdma协议因为能合理地安排节点的发送时隙，信道利用率较高；流程相对简单，不需要大量复杂的运算，易于实现；采用缓存-突发的发射机间歇式开启方式，节能减耗等优点而被广泛采用；然而tdma协议存在需要严格地进行同步和保护时隙设置，以避免传播时延引起的相邻时隙数据包冲突碰撞等缺陷。
3、针对上述问题，现有解决方法主要分为两类。一是针对节点时间同步提出各种同步算法，二是针对信道进行估计和数据包到达时间进行估计的预先分配策略。
4、然而在水声无线传感器网络节点组网过程中，时间同步算法步骤繁复，需要消耗大量能量维护各节点一致的时间。各节点身份不同，组网时期任务变化快，预先分配无法考虑所有情况难以实际应用。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种面向任务动态时隙的水声组网方法。本专利技术主要针对水声传感器网络在长时延信
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：
3、步骤1：设计网络帧格式；
4、设计网络的帧格式，包括控制帧和数据帧两大类；图1给出了一个具体帧类型、作用以及数据负载内容的示例说明；其中控制帧包括测距帧、确认帧和数据开始帧，数据帧包括通知帧、测距结果帧和负载帧；在执行一次网络任务中，网络帧的生成由控制帧和数据帧动态组合得到，对应不同的任务；
5、步骤2：设计网络节点状态表；
6、对网络的实际节点id进行一个映射，形成网络节点状态表；
7、步骤3：节点测距矩阵dm×m生成；
8、设计测距矩阵dm×m为：
9、
10、其中，m表示网络的总节点数，dij意为节点i与节点j之间的距离，是由指定节点i发起测距帧，j作为待测节点返回测距帧，在节点i本地进行计算得到的数值；当i＝j时，dij＝0，表示节点i到自己的测距信息为0；
11、中心节点根据网络节点id进行调度，完成任意两节点测距信息获取；对于中心节点的调度，给出一种测距状态更新矩阵查询的调度方式；
12、测距状态更新矩阵wm×m为：
13、
14、其中，矩阵元素初始化为主对角线全1，其他元素全0矩阵；
15、在网络成功完成任意两节点测距信息获取后，测距矩阵dm×m对应元素dij更新，测距状态更新矩阵wm×m对应元素tij与tji更新为1；若测距信息获取失败，则不更新；中心节点对当前测距状态更新矩阵wm×m进行顺序查询，在某一元素wij不等于1时，则调度节点i进行与节点j之间的测距，并更新测距矩阵dm×m与测距状态更新矩阵wm×m；若元素wij等于1则跳过；
16、步骤4：动态时隙计算与设定；
17、按照tdma协议将组网流程中某节点的任务分解为一个或多个基本时隙，任务基本时隙按照所采取的最大必要等待时间tmax进行设定，在任务执行过程中以返回标志或任务最大必要等待时间进行网络时隙动态调度；
18、当任务发起节点在任务最大必要等待时间内提前获得任务返回标志时，任务提前结束；当任务发起节点在任务最大必要等待时间内仍未获得任务返回标志，任务按照最大必要等待时刻结束；根据网络节点实际完成事件的情况，按照最大必要等待时间设定的固定时隙结束时间会产生变化，称为动态时隙；由于动态时隙的时间小于等于任务最大必要等待时间，因此可以节省调度时间；网络测距任务过程中，一次任意两节点距离测量，由于提前不清楚两节点之间的实际距离，所以任务最大必要等待时间设定为：t1＝2*节点可能布放最大距离/当前声速+信息发送及处理时延，实际任务完成时间为：t2＝2*节点实际布放最大距离/当前声速+信息发送及处理时延；这个过程中由于动态时隙的机制，为全网节约t1-t2的时间。
19、步骤5：任务执行的时隙分配与系统实现；
20、任务执行主要根据网络的任务需求设定，这里的任务需求为多样化的，如初始化自定位任务、信息汇聚任务和新节点接入任务；网络所有任务执行是采用由中心节点调度的动态时隙分配机制；对任意节点i发起的任务，都由中心节点调度执行；如进行测距任务时，节点i发起任务，中心节点对自己当前测距状态更新矩阵wm×m进行顺序查询，在某一元素wij不等于1时，则调度节点i进行与节点j之间的测距，并更新测距矩阵dm×m与测距状态更新矩阵wm×m；若元素wij等于1则跳过，完成一轮更新后将信息返回节点i；
21、对于普通节点的任务状态由中心节点本地维护的节点状态表格指定，任务发起节点i向其他任务执行节点发布任务序列前，需将已达到最大查询次数的映射节点或已完成全部任务流程的映射节点提前结束时隙分配流程；
22、在cpu处理芯片上进行网络系统的实现，中心节点按照节点号从小到大或者从大到小分别向每一个普通节点发送包含测距序列的通知帧，并在中心节点本地设定时钟定时器，时钟定时器的时间由步骤4计算得出的任务最大必要等待时间tmax给出，若在时钟定时器设定时间内中心节点未收到任务序列的回复帧，则定时器到时间后自动结束任务时隙，时钟定时器清零；若在时钟定时器设定时间内中心节点收到任务序列的回复帧，则中心节点提前结束任务时隙，时钟定时器清零；在完成一个任务时隙后，进入下一个任务时隙，节点根据步骤4重新设定时钟定时器；
23、步骤6：超时重传；
24、在步骤4中，若任务执行节点超过任务最大必要等待时间tmaxi仍未返回回复帧，回复帧为任务的确认帧或测距回复帧，或任务执行节点正确返回确认帧但执行超时未返回含有任务结果的数据帧，则任务发起节点发送数据重传请求，直到达到设定的重传次数上限；
25、步骤7：补充与更新；
26、在网络任务期间，中心节点对在网络中但未获取完全任务信息的节点进行补充信息量测，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于：
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【技术特征摘要】
1.一种面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的面向任务动态时隙的水声组网方法，其特征在于：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：董海涛，张子如，张恒，王海燕，申晓红，姜喆，王超，员一帆，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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