專利名稱：一種基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水聲通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，特別涉及一種基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
在淺海通信中，聲信號(hào)傳播受海底海面的影響比較明顯，其傳播衰減要比深海大得多，因此淺海水聲通信的作用距離有限。高速率水聲通信由于所選取的載波頻率一般都較高，因此其作用距離大致在幾公里到十幾公里之間；低速率水聲通信選用較低的載頻或者更為可靠的調(diào)制方式，作用距離一般可達(dá)到幾十公里。借鑒陸地通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)，結(jié)合水聲信道的特殊性，水聲網(wǎng)絡(luò)的研究在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面取得了一系列的成果。最能代表水聲網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r的是美國(guó)軍研究辦(ONR)和空海戰(zhàn)系統(tǒng)中心(SPAWAR)研發(fā)的seaweb網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)將若干移動(dòng)的和固定的水下傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)聲連接組成一個(gè)分布式雙向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，用于水下戰(zhàn)場(chǎng)檢測(cè)、海洋遙測(cè)、UUV控制和其他水下無(wú)線數(shù)字通信應(yīng)用。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、 中繼節(jié)點(diǎn)和普通傳感器節(jié)點(diǎn)，普通傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集水下信息，由中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)設(shè)定的路由傳遞至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)具有水下聲/射頻(RACOM)通信接口，然后通過(guò)衛(wèi)星或者艦載聲納最終送到岸上或者艦上的處理中心，處理中心對(duì)來(lái)自各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析， 供指揮中心決策。通過(guò)多次海試的不斷完善和補(bǔ)充，目前seaweb已成為規(guī)模最大的在研實(shí)用水聲網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最多17個(gè)，最少3個(gè)，拓?fù)錇榉执囟嗵Y(jié)構(gòu)，工作在5米到15米深的海域，節(jié)點(diǎn)間距依信道情況的不同，從3公里到7公里不等。而且已經(jīng)具有很強(qiáng)的自組織能力，如進(jìn)行自動(dòng)節(jié)點(diǎn)識(shí)別、時(shí)鐘同步達(dá)到0. 1秒到1. 0秒量級(jí)、節(jié)點(diǎn)自定位達(dá)到100米量級(jí)、 節(jié)點(diǎn)更新和失效后的網(wǎng)絡(luò)能夠重新配置等等。當(dāng)前，已有的水聲網(wǎng)絡(luò)多采用分簇式結(jié)構(gòu)水下分布式節(jié)點(diǎn)通過(guò)其它水下分布式節(jié)點(diǎn)中繼或直接與“簇頭節(jié)點(diǎn)，，進(jìn)行通信，發(fā)往任何節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都需要先傳給“簇頭節(jié)點(diǎn)”， 再由簇頭決定轉(zhuǎn)發(fā)傳輸路徑。在實(shí)際海洋監(jiān)測(cè)、水下警戒或探測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)所，所布置水下各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間需要傳輸大量數(shù)據(jù)，一些水面節(jié)點(diǎn)如水面艦船也需要與水下節(jié)點(diǎn)之間交互數(shù)據(jù)，此分簇式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)工作效率低，有時(shí)甚至不能滿足傳輸大量數(shù)據(jù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為解決上述問題，提出一種基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，該結(jié)構(gòu)的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)比分簇式結(jié)構(gòu)效率更高。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)， 該網(wǎng)絡(luò)包括若干水面節(jié)點(diǎn)和若干水下節(jié)點(diǎn)；其特征在于，該網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在信息的傳輸上具有同等能力；所述的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)采用集中管理與相關(guān)控制信息頒發(fā)機(jī)制，選任一水面節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在系統(tǒng)初始化或者拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)， 中心節(jié)點(diǎn)將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的連接情況計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地路由表，然后，由近及遠(yuǎn)地將這些路由表發(fā)送給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)；在通信過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)在接收到一幀數(shù)據(jù)后，根據(jù)幀頭中的地址信息及本地路由表來(lái)判斷其轉(zhuǎn)發(fā)路徑，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)對(duì)等通信；其中，所述的中心節(jié)點(diǎn)管理監(jiān)控包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、路由轉(zhuǎn)發(fā)表到各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)、水下節(jié)點(diǎn)接入管理和各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作運(yùn)行情況。所述的中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置來(lái)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化。所述的水面節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS查詢其位置。所述的一水下節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，數(shù)據(jù)幀的幀頭中加入發(fā)送時(shí)間信息，該水下節(jié)點(diǎn)附近的水面節(jié)點(diǎn)收到此數(shù)據(jù)幀，解析此幀頭，將接收時(shí)間與發(fā)射時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，參照工作海區(qū)的聲速，計(jì)算得出收發(fā)兩點(diǎn)間的距離；水面節(jié)點(diǎn)得到其與任一水下節(jié)點(diǎn)距離后，通過(guò)無(wú)線電將此距離發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)至少三個(gè)水面節(jié)點(diǎn)到該水下節(jié)點(diǎn)的距離及對(duì)應(yīng)水面節(jié)點(diǎn)的位置計(jì)算出該水下節(jié)點(diǎn)的位置；并根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置的變化情況決定是否更改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表。所述的水下節(jié)點(diǎn)在下潛前進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間校正。所述的水下節(jié)點(diǎn)處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)且未與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，該水下節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中將定時(shí)發(fā)送特定的接入信號(hào)，鄰近的水面節(jié)點(diǎn)利用該信號(hào)計(jì)算與水下該節(jié)點(diǎn)的距離，該信號(hào)無(wú)需回復(fù)，中心節(jié)點(diǎn)由此定時(shí)更新該水下節(jié)點(diǎn)的位置變化，從而決定是否需要根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接更新各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表。所述的發(fā)送特定的接入信號(hào)時(shí)，水下節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前需要對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽，如果附近有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；只有信道空閑時(shí)，發(fā)送該接入信號(hào)。所述的對(duì)等通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層MAC層協(xié)議采用基于MACAW優(yōu)化改進(jìn)的S 型單信道共享協(xié)議，加入了非確認(rèn)幀NACK，并去除了 DS幀。所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和所述的接收節(jié)點(diǎn)一次具體收發(fā)工作步驟包括步驟1)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和所述的接收節(jié)點(diǎn)均處在IDLE狀態(tài)，默認(rèn)工作狀態(tài)為接收狀態(tài)；在該狀態(tài)下如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避； 所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在IDLE狀態(tài)下有數(shù)據(jù)幀向所述的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送，則跳轉(zhuǎn)到CONTEND狀態(tài)， 設(shè)置監(jiān)聽定時(shí)器并對(duì)信道進(jìn)行一段時(shí)間的監(jiān)聽；步驟2)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在監(jiān)聽期間如果接收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的RTS，則向其發(fā)送CTS，并進(jìn)入WFDATA狀態(tài)；如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，包括監(jiān)聽到非本系統(tǒng)的載波信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；步驟3)如果監(jiān)聽定時(shí)器超時(shí)則表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)成功，向所述的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送 RTS，并跳轉(zhuǎn)到WFCTS狀態(tài)；同時(shí)啟動(dòng)等待CTS定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+T。ts ；其中，Tmax為根據(jù)節(jié)點(diǎn)最大通信距離計(jì)算出的傳播延遲，Tcts為CTS幀的時(shí)間長(zhǎng)度；步驟4)所述的接收節(jié)點(diǎn)在IDLE狀態(tài)下收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的RTS，則向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù) CTS并跳轉(zhuǎn)到WFDATA狀態(tài)；同時(shí)啟動(dòng)等待DATA定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+Tdata，其中，Tdata 為DATA幀的時(shí)間長(zhǎng)度；步驟5)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到等待中的CTS后，向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA幀，并跳轉(zhuǎn)到WFACK狀態(tài)；同時(shí)啟動(dòng)等待ACK定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+Ta。k ；其中，Taek為ACK幀的時(shí)間長(zhǎng)度；如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行規(guī)避；步驟6)所述的接收節(jié)點(diǎn)收到正確的DATA后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)ACK，并跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)，重新開始接收其他數(shù)據(jù)；如果等待超時(shí)或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，并且重傳次數(shù)沒有達(dá)到指定的上限值，則向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送NACK，要求發(fā)送節(jié)點(diǎn)重傳，同時(shí)重設(shè)置定時(shí)器為2Tmax+Tdata ；如果重傳次數(shù)達(dá)到上限，則放棄接收，跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)，重新準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)；步驟7)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在WFACK狀態(tài)下如果收到ACK，表示本次數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成，則跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)重新開始數(shù)據(jù)收發(fā)；如果收到NACK，則重新向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA，同時(shí)設(shè)置定時(shí)器時(shí)間為2Tmax+Tack ；步驟8)除了在CONTEND狀態(tài)以外，如果設(shè)置的定時(shí)器超時(shí)，則跳轉(zhuǎn)到IDLE狀態(tài)， 重新開始數(shù)據(jù)收發(fā)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，由若干水下節(jié)點(diǎn)和水面節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)包含水聲與無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在信息的傳輸上具有同等能力，傳輸數(shù)據(jù)比分簇式的網(wǎng)絡(luò)的效率更高；采用集中管理與相關(guān)控制信息頒發(fā)機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)的管理更為靈活，通過(guò)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置變化的跟蹤，支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；在系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)幀頭中加入發(fā)送時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)在通信同時(shí)對(duì)水下節(jié)點(diǎn)的位置信息的獲取；針對(duì)水聲通信誤碼率較高的特點(diǎn)，本發(fā)明在數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議中加入非確認(rèn)幀NACK，在數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)將發(fā)送此幀要求重傳，而無(wú)需重新握手，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。


圖1為基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布圖；圖2為基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀頭的結(jié)構(gòu)圖；圖3為基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中S型單信道共享協(xié)議的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖4為基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)幀后的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明針對(duì)水下警戒或探測(cè)等實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，提出了一種包含水聲與無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)由若干水面節(jié)點(diǎn)和水下節(jié)點(diǎn)組成。其中水面節(jié)點(diǎn)具備水聲和無(wú)線兩種通信功能，是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)水聲通信與無(wú)線電通信相互轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；水下節(jié)點(diǎn)只能通過(guò)水聲通信方式與相鄰的水面或水下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。針對(duì)水聲傳輸時(shí)延較大的特點(diǎn)， 通常情況下，該網(wǎng)絡(luò)僅在與水下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)使用水聲通信連接，水面節(jié)點(diǎn)間的通信采用是無(wú)線電連接，從而縮短網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延，但水面節(jié)點(diǎn)在其無(wú)線通信無(wú)法正常工作的情況下，水面節(jié)點(diǎn)間的通信也可以采用水聲通信的方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)采用集中管理與相關(guān)控制信息頒發(fā)機(jī)制，選取其中一個(gè)水面節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)的管理，管理監(jiān)控包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、路由轉(zhuǎn)發(fā)表到各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)、水下節(jié)點(diǎn)接入管理和各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作運(yùn)行情況等網(wǎng)絡(luò)信息。在系統(tǒng)初始化或者拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)將根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的連接情況計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地路由表，然后再將這些路由表由近及遠(yuǎn)地發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)。在通信過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)在接收到一幀數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)幀頭中的地址信息及本地路由表來(lái)判斷其轉(zhuǎn)發(fā)路徑。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)為了獲取節(jié)點(diǎn)間的連接情況，中心節(jié)點(diǎn)需要知道各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置。 對(duì)于水面節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)GPS查詢其位置；而對(duì)于水下節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)對(duì)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)幀的特殊設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可以在水下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行定位。其具體做法為系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)幀幀頭中包含了發(fā)送時(shí)間信息，當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)解析此幀頭時(shí)，將接收時(shí)間與發(fā)射時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，參照工作海區(qū)的聲速，即可得出收發(fā)兩點(diǎn)間的距離。該水下節(jié)點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)都能收到此幀頭信息，系統(tǒng)只要綜合三個(gè)以上水面節(jié)點(diǎn)到該節(jié)點(diǎn)的距離及其各自的GPS就可以獲知該節(jié)點(diǎn)的位置。只要水下節(jié)點(diǎn)在下潛前進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間的校正，則可以將由此計(jì)算出來(lái)兩船距離的誤差控制在可接受的范圍內(nèi)。該方案的優(yōu)勢(shì)在于，中心節(jié)點(diǎn)在水下節(jié)點(diǎn)通信的同時(shí)就可以計(jì)算出其位置，無(wú)需額外發(fā)送測(cè)距命令，節(jié)省了命令傳輸?shù)臅r(shí)間。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)的水面節(jié)點(diǎn)得到其與任一水下節(jié)點(diǎn)的距離后，通過(guò)無(wú)線電將此距離發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)綜合多個(gè)水面節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的距離判斷該水下節(jié)點(diǎn)的位置是否變化，如果該水下節(jié)點(diǎn)的位置發(fā)生變化為保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量而需要改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B接時(shí)， 則根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接更新各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表。當(dāng)水下節(jié)點(diǎn)處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并且未與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)無(wú)法獲取其位置變化信息，可能導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)際拓?fù)湫枰兓酚尚畔⒏虏患皶r(shí)的情況。為了解決此問題，水下節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中將定時(shí)發(fā)送特定的接入信號(hào)，鄰近的水面節(jié)點(diǎn)利用該信號(hào)計(jì)算與水下該節(jié)點(diǎn)的距離，該信號(hào)無(wú)需回復(fù)，中心節(jié)點(diǎn)由此可以定時(shí)更新該水下節(jié)點(diǎn)的位置變化，從而決定是否需要改變系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。為避免與其他節(jié)點(diǎn)的通信沖突，水下節(jié)點(diǎn)在發(fā)送此接入信號(hào)前需要對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽，如果附近有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避，只有信道空閑時(shí)方可發(fā)送此接入信號(hào)。針對(duì)水聲通信誤碼率較高的特點(diǎn)，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層MAC層協(xié)議采用基于MACAW優(yōu)化改進(jìn)的S型單信道共享協(xié)議，加入了非確認(rèn)幀NACK并去除了 DS幀，從而在水聲信道誤碼率較高的情況下提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。其具體的做法如下當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)處在等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)WFDATA下時(shí)，如果收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀如由于水聲傳輸誤碼造成的幀頭或者幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送NACK幀，并重設(shè)等待定時(shí)器，重新開始等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，直到出現(xiàn)以下三種情況中的一種接收到正確的數(shù)據(jù)幀 DATA、發(fā)送NACK幀次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的上限值或者等待定時(shí)器超時(shí)。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)處在等待確認(rèn)狀態(tài)WFACK下時(shí)，如果接收到NACK幀，則重新發(fā)送之前的數(shù)據(jù)幀，并重設(shè)等待定時(shí)器，重新開始等待確認(rèn)狀態(tài)，直到收到確認(rèn)幀(ACK)或者等待定時(shí)器超時(shí)。本發(fā)明的改進(jìn)后的數(shù)據(jù)鏈路層MAC層協(xié)議的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)數(shù)據(jù)幀傳輸出現(xiàn)誤碼后，收發(fā)雙方?jīng)]有必要都回到空閑狀態(tài)IDLE，重新開始完整的握手和數(shù)據(jù)傳輸流程，發(fā)射端在收到NACK幀后可以直接重發(fā)DATA幀，從而節(jié)省了雙方握手的時(shí)間。將其應(yīng)用于傳輸誤碼率較高的水聲網(wǎng)絡(luò)中效果更為明顯，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。本實(shí)施例的系統(tǒng)由5個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其具體的組成以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其中節(jié)點(diǎn)1和2為2艘艦船，節(jié)點(diǎn)3為1個(gè)通信浮標(biāo)，這3個(gè)水面節(jié)點(diǎn)都具有水聲和無(wú)線通信功能，其中節(jié)點(diǎn)1設(shè)為中心節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)4和5為水下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的水下部分，只有水聲通信功能。網(wǎng)絡(luò)工作過(guò)程中，水下節(jié)點(diǎn)4的位置保持不變，節(jié)點(diǎn)5從初始位置向節(jié)點(diǎn)3靠近，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)與節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行通信。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝成特定的幀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該幀結(jié)構(gòu)包括幀頭和幀數(shù)據(jù)兩項(xiàng)，其中，幀頭包含必要的地址信息和幀類型等信息，幀數(shù)據(jù)則是節(jié)點(diǎn)間通信的實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)。幀頭的具體構(gòu)成如下 源地址G比特)本幀信號(hào)的發(fā)送源地址；·目的地址G比特)本幀信號(hào)的接收目的地址； 本跳源地址G比特)本次連接的源地址； 本跳目的地址G比特)本次連接的目的地址； 幀類型(8比特)指示此幀的類型，在本系統(tǒng)中幀類型包括RTS、CTS、DATA、ACK、 NACK和ACCESS等，其中RTS和CTS用于節(jié)點(diǎn)間的握手，DATA指示當(dāng)前幀為數(shù)據(jù)幀，幀頭后面的幀數(shù)據(jù)項(xiàng)長(zhǎng)度不為零，ACK和NACK為接收確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀，ACCESS為水下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)定時(shí)發(fā)送的接入幀。 幀長(zhǎng)度(16比特)以字節(jié)為單位指示幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，最大幀長(zhǎng)度可支持到 65536字節(jié)。系統(tǒng)中除了 DATA幀以外，其他幀都沒有幀數(shù)據(jù)，對(duì)于這些幀，此項(xiàng)值為0。 發(fā)送時(shí)間(16比特)記錄發(fā)送的時(shí)間，接收端根據(jù)此計(jì)算收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的距離， 精度為1ms?！?CRC校驗(yàn)和(8比特)幀頭8比特CRC校驗(yàn)和，8比特CRC生成多項(xiàng)式為 χ8+χ2+χ+1，通過(guò)判斷幀頭內(nèi)所有數(shù)據(jù)是否與該多項(xiàng)式長(zhǎng)除的余式為0來(lái)判斷幀頭傳輸過(guò)程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，若出現(xiàn)錯(cuò)誤則該幀當(dāng)作不可識(shí)別幀處理。本實(shí)施例中網(wǎng)絡(luò)的鏈路層MAC層協(xié)議采用基于MACAW優(yōu)化改進(jìn)的S型單信道共享協(xié)議。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示，協(xié)議將節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)分成IDLE、QUIET、CONTEND、 WFCTS, WFACK和WFDATA，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)幀和本地的定時(shí)器決定工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。針對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的一次具體的收發(fā)過(guò)程，包括以下步驟步驟1)所述的節(jié)點(diǎn)A和所述的節(jié)點(diǎn)B均處在IDLE狀態(tài)，默認(rèn)工作狀態(tài)為接收狀態(tài)；在該狀態(tài)下如果收到其他節(jié)點(diǎn)之間的通信信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；如圖3中數(shù)字1所示；所述的節(jié)點(diǎn)A在IDLE狀態(tài)下有數(shù)據(jù)幀向所述的節(jié)點(diǎn)B發(fā)送，則跳轉(zhuǎn)到 CONTEND狀態(tài)，設(shè)置監(jiān)聽定時(shí)器并對(duì)信道進(jìn)行一段時(shí)間的監(jiān)聽；如圖3中數(shù)字2所示；步驟2)所述的節(jié)點(diǎn)A在監(jiān)聽期間如果接收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的RTS，則向其發(fā)送 CTS，并進(jìn)入WFDATA狀態(tài)；如圖3中數(shù)字3所示；如果收到其他節(jié)點(diǎn)之間的通信信號(hào)，包括監(jiān)聽到非本系統(tǒng)的載波信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；如圖3中數(shù)字4所示；步驟3)如果節(jié)點(diǎn)A的監(jiān)聽定時(shí)器超時(shí)則表示競(jìng)爭(zhēng)成功，向所述的節(jié)點(diǎn)B發(fā)送 RTS,并跳轉(zhuǎn)到WFCTS狀態(tài)；如圖3中數(shù)字5所示。同時(shí)啟動(dòng)等待CTS定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+T。ts ；其中，Tmax為根據(jù)節(jié)點(diǎn)最大通信距離計(jì)算出的傳播延遲，T。ts為CTS幀的時(shí)間長(zhǎng)度；步驟4)所述的節(jié)點(diǎn)B在IDLE狀態(tài)下收到節(jié)點(diǎn)A的RTS，則向節(jié)點(diǎn)A回復(fù)CTS 并跳轉(zhuǎn)到WFDATA狀態(tài)；如圖3中數(shù)字6所示。同時(shí)啟動(dòng)等待DATA定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為 2Tmax+Tdata, ^1=I11, T
data
為DATA幀的時(shí)間長(zhǎng)度；步驟5)所述的節(jié)點(diǎn)A收到等待中的CTS后，向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送DATA巾貞，并跳轉(zhuǎn)到WFACK狀態(tài)；如圖3中數(shù)字7所示。同時(shí)啟動(dòng)等待ACK定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+Ta。k ；其中，Tack為ACK幀的時(shí)間長(zhǎng)度；如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行規(guī)避；如圖3中數(shù)字8所示；步驟6)所述的節(jié)點(diǎn)B收到正確的DATA后，向節(jié)點(diǎn)A回復(fù)ACK，并跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)，重新開始接收其他數(shù)據(jù)；如圖3中數(shù)字9所示；如果等待超時(shí)或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀， 并且重傳次數(shù)沒有達(dá)到指定的上限值，則向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送NACK，要求節(jié)點(diǎn)A重傳；如圖3中數(shù)字10所示；同時(shí)重設(shè)置定時(shí)器為2Tmax+Tdata ；如果重傳次數(shù)達(dá)到上限，則放棄接收，跳轉(zhuǎn)回 IDLE狀態(tài)，重新準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)；如圖3中數(shù)字9所示；步驟7)所述的節(jié)點(diǎn)A在WFACK狀態(tài)下如果收到ACK，表示本次數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成，則跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)重新開始數(shù)據(jù)收發(fā)，如圖3中數(shù)字11所示；如果收到NACK，則重新向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送DATA ；如圖3中數(shù)字12所示；同時(shí)設(shè)置定時(shí)器時(shí)間為2Tmax+Tack ；步驟8)除了在CONTEND狀態(tài)以外，如果設(shè)置的定時(shí)器超時(shí)，則跳轉(zhuǎn)到IDLE狀態(tài)， 重新開始數(shù)據(jù)收發(fā)；如圖3中數(shù)字9、數(shù)字11、數(shù)字13和數(shù)字14所示。系統(tǒng)初始化階段，中心節(jié)點(diǎn)需要知道各個(gè)水面節(jié)點(diǎn)的GPS信息，從而確定系統(tǒng)的連接情況并計(jì)算各個(gè)水面節(jié)點(diǎn)的本地路由表，再將路由表分發(fā)給節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3。然后確定水下節(jié)點(diǎn)的連接情況，節(jié)點(diǎn)4和5分別發(fā)送接入幀ACCESS，當(dāng)節(jié)點(diǎn)2、3收到接入幀后計(jì)算收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的距離，并將此信息通過(guò)無(wú)線電發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)綜合自己得到的以及節(jié)點(diǎn)2、3發(fā)送過(guò)來(lái)的信息對(duì)2個(gè)水下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，從而得到整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間的連接情況，并據(jù)此重新計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地路由表，包括水面節(jié)點(diǎn)，再將這些路由表發(fā)送給對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，完成系統(tǒng)的初始化。系統(tǒng)初始化后，節(jié)點(diǎn)間便可以開始相互通信。在通信過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)幀后的處理流程如圖4所示。(1)判斷本跳目的地址。若本節(jié)點(diǎn)則繼續(xù)，否則丟棄該幀數(shù)據(jù)；(2)判斷目的地址是否為本節(jié)點(diǎn)，如果是則交給上層去解析幀類型和幀數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)以下判決；(3)根據(jù)本地路由表判斷轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳目的地址，根據(jù)查詢結(jié)果生成本地的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，幀頭的源地址、目的地址、幀類型和幀長(zhǎng)度不變，修改本跳源地址、本跳目的地址、 發(fā)送時(shí)間以及校驗(yàn)位；(4)根據(jù)本地路由表判斷本節(jié)點(diǎn)與下一跳目的地址之間的連接是無(wú)線電連接還是水聲連接，據(jù)此決定此轉(zhuǎn)發(fā)幀是由無(wú)線電模塊還是水聲模塊進(jìn)行發(fā)送。本實(shí)施例在通信過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)5沿圖1中的虛線向節(jié)點(diǎn)4靠近。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果節(jié)點(diǎn)5正在與其他節(jié)點(diǎn)通信，中心節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)此通信信號(hào)獲取節(jié)點(diǎn)5的位置信息。如果節(jié)點(diǎn)5沒有與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要定時(shí)發(fā)送ACCESS幀，以保證中心節(jié)點(diǎn)能保持對(duì)節(jié)點(diǎn)5位置信息的更新。當(dāng)節(jié)點(diǎn)5在圖1中AB段運(yùn)動(dòng)時(shí)，處在節(jié)點(diǎn)1的通信范圍內(nèi)，因此可以直接與節(jié)點(diǎn)1進(jìn)行通信，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)1的中繼與其他節(jié)點(diǎn)通信。其中與節(jié)點(diǎn)4的通信經(jīng)過(guò)了節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)3的中繼，發(fā)射節(jié)點(diǎn)端和接收節(jié)點(diǎn)端都是水聲連接，而其中的中繼部分為無(wú)線電連接，體現(xiàn)了該系統(tǒng)水聲與無(wú)線電混合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)5經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后，則脫離了節(jié)點(diǎn)1的通信范圍，中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)5位置的變化改變系統(tǒng)的路由，并將各自的本地路由表發(fā)送給對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)5與節(jié)點(diǎn)3可以直接通信，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)3的中繼與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。由于兩個(gè)水下節(jié)點(diǎn)4和5的距離還較遠(yuǎn)，二者之間的通信仍需要通過(guò)節(jié)點(diǎn)3 的中繼，但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)5經(jīng)過(guò)C點(diǎn)后，進(jìn)入節(jié)點(diǎn)4的通信范圍內(nèi)，則中心節(jié)點(diǎn)再次改變系統(tǒng)路由，節(jié)點(diǎn)5可以和節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)3直接進(jìn)行通信，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)1和2通信。在本實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)5作為一個(gè)自由移動(dòng)的水下目標(biāo)與系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相互通信。在整個(gè)通信過(guò)程中，系統(tǒng)路由中心節(jié)點(diǎn)控制，水下節(jié)點(diǎn)與較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)間的通信需要通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的中繼，其中包括了水聲連接和無(wú)線電連接，體現(xiàn)了該系統(tǒng)水聲與無(wú)線電混合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。另外，系統(tǒng)在幀頭信息中加入發(fā)送時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)在水下節(jié)點(diǎn)通信的同時(shí)可以獲取其位置信息，使中心節(jié)點(diǎn)能跟蹤水下節(jié)點(diǎn)的位置信息，保持系統(tǒng)路由信息的更新，實(shí)現(xiàn)水下節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不間斷通信。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括若干水面節(jié)點(diǎn)和若干水下節(jié)點(diǎn)；其特征在于，該網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在信息的傳輸上具有同等能力；所述的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)采用集中管理與相關(guān)控制信息頒發(fā)機(jī)制，選任一水面節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在系統(tǒng)初始化或者拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的連接情況計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地路由表，然后，由近及遠(yuǎn)地將這些路由表發(fā)送給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)；在通信過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)在接收到一幀數(shù)據(jù)后，根據(jù)幀頭中的地址信息及本地路由表來(lái)判斷其轉(zhuǎn)發(fā)路徑，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)對(duì)等通信；其中，所述的中心節(jié)點(diǎn)管理監(jiān)控包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、路由轉(zhuǎn)發(fā)表到各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)、水下節(jié)點(diǎn)接入管理和各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作運(yùn)行情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置來(lái)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的水面節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS查詢其位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的水下節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，數(shù)據(jù)幀的幀頭中加入發(fā)送時(shí)間信息，該水下節(jié)點(diǎn)附近的水面節(jié)點(diǎn)收到此數(shù)據(jù)幀，解析此幀頭，將接收時(shí)間與發(fā)射時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，參照工作海區(qū)的聲速，計(jì)算得出收發(fā)兩點(diǎn)間的距離；水面節(jié)點(diǎn)得到其與任一水下節(jié)點(diǎn)距離后，通過(guò)無(wú)線電將此距離發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)至少三個(gè)水面節(jié)點(diǎn)到該水下節(jié)點(diǎn)的距離及對(duì)應(yīng)水面節(jié)點(diǎn)的位置計(jì)算出該水下節(jié)點(diǎn)的位置；并根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置的變化情況決定是否更改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的水下節(jié)點(diǎn)在下潛前進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的水下節(jié)點(diǎn)處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)且未與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，該水下節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中將定時(shí)發(fā)送特定的接入信號(hào)，鄰近的水面節(jié)點(diǎn)利用該信號(hào)計(jì)算與水下該節(jié)點(diǎn)的距離，該信號(hào)無(wú)需回復(fù)，中心節(jié)點(diǎn)由此定時(shí)更新該水下節(jié)點(diǎn)的位置變化，從而決定是否需要根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接更新各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的發(fā)送特定的接入信號(hào)時(shí)，水下節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前需要對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽，如果附近有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；只有信道空閑時(shí)，發(fā)送該接入信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層MAC層協(xié)議采用基于MACAW優(yōu)化改進(jìn)的S型單信道共享協(xié)議，加入了非確認(rèn)幀NACK，并去除了 DS幀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和所述的接收節(jié)點(diǎn)一次具體收發(fā)工作步驟包括步驟1)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和所述的接收節(jié)點(diǎn)均處在IDLE狀態(tài)，默認(rèn)工作狀態(tài)為接收狀態(tài)；在該狀態(tài)下如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在IDLE狀態(tài)下有數(shù)據(jù)幀向所述的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送，則跳轉(zhuǎn)到CONTEND狀態(tài)，設(shè)置監(jiān)聽定時(shí)器并對(duì)信道進(jìn)行一段時(shí)間的監(jiān)聽；步驟2)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在監(jiān)聽期間如果接收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的RTS，則向其發(fā)送CTS，并進(jìn)入WFDATA狀態(tài)；如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，包括監(jiān)聽到非本系統(tǒng)的載波信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)規(guī)避；步驟3)如果監(jiān)聽定時(shí)器超時(shí)則表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)成功，向所述的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS， 并跳轉(zhuǎn)到WFCTS狀態(tài)；同時(shí)啟動(dòng)等待CTS定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+T。ts ；其中，Tfflax為根據(jù)節(jié)點(diǎn)最大通信距離計(jì)算出的傳播延遲，Tcts為CTS幀的時(shí)間長(zhǎng)度；步驟4)所述的接收節(jié)點(diǎn)在IDLE狀態(tài)下收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的RTS，則向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)CTS 并跳轉(zhuǎn)到WFDATA狀態(tài)；同時(shí)啟動(dòng)等待DATA定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+Tdata，其中，Tdata為 DATA幀的時(shí)間長(zhǎng)度；步驟5)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到等待中的CTS后，向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA幀，并跳轉(zhuǎn)到 WFACK狀態(tài)；同時(shí)啟動(dòng)等待ACK定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置為2Tmax+Ta。k ；其中，Tack為ACK幀的時(shí)間長(zhǎng)度；如果收到其他節(jié)點(diǎn)間通信的信號(hào)，則跳轉(zhuǎn)到QUIET狀態(tài)進(jìn)行規(guī)避；步驟6)所述的接收節(jié)點(diǎn)收到正確的DATA后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)ACK，并跳轉(zhuǎn)回IDLE 狀態(tài)，重新開始接收其他數(shù)據(jù)；如果等待超時(shí)或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，并且重傳次數(shù)沒有達(dá)到指定的上限值，則向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送NACK，要求發(fā)送節(jié)點(diǎn)重傳，同時(shí)重設(shè)置定時(shí)器為 2Tmax+Tdata ；如果重傳次數(shù)達(dá)到上限，則放棄接收，跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)，重新準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)；步驟7)所述的發(fā)送節(jié)點(diǎn)在WFACK狀態(tài)下如果收到ACK，表示本次數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成， 則跳轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)重新開始數(shù)據(jù)收發(fā)；如果收到NACK，則重新向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA，同時(shí)設(shè)置定時(shí)器時(shí)間為2Tmax+Ta。k ；步驟8)除了在CONTEND狀態(tài)以外，如果設(shè)置的定時(shí)器超時(shí)，則跳轉(zhuǎn)到IDLE狀態(tài)，重新開始數(shù)據(jù)收發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于水聲和無(wú)線電混合信道的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括若干水面節(jié)點(diǎn)和若干水下節(jié)點(diǎn)；該網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在信息的傳輸上具有同等能力；該對(duì)等網(wǎng)絡(luò)采用集中管理與相關(guān)控制信息頒發(fā)機(jī)制，選任一水面節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在系統(tǒng)初始化或者拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的連接情況計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地路由表，然后，由近及遠(yuǎn)地將這些路由表發(fā)送給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)；在通信過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)在接收到一幀數(shù)據(jù)后，根據(jù)幀頭中的地址信息及本地路由表來(lái)判斷其轉(zhuǎn)發(fā)路徑，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)對(duì)等通信；其中，中心節(jié)點(diǎn)管理監(jiān)控包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、路由轉(zhuǎn)發(fā)表到各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)、水下節(jié)點(diǎn)接入管理和各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作運(yùn)行情況。
文檔編號(hào)H04L1/18GK102546323SQ20111005356
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者周建清, 賈寧, 郭中源, 陳巖, 陳庚, 馬力, 黃建純 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所