本發(fā)明涉及水下通信，尤其是涉及基于水聲數(shù)據(jù)奇偶分組協(xié)作傳輸機制的一種水聲多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)奇偶分組傳輸方法。

背景技術：

海洋高技術科技在保衛(wèi)國家安全、緩解陸地資源緊缺、擴大國民經(jīng)濟發(fā)展空間等方面發(fā)揮著重要作用，隨著海底科學觀測網(wǎng)建設的推進和實施，發(fā)展水聲通信及其網(wǎng)絡技術，建立可靠的水下數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，是當今海洋技術的研究熱點。

在水聲通信網(wǎng)絡中，水聲數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺拉h(huán)境極為惡劣，由于節(jié)點間發(fā)送功率限制導致的傳輸距離限制，為實現(xiàn)遠距離水下數(shù)據(jù)傳輸，通常需要采用多跳的方式進行傳輸(W.Zhang,et al.Analysis of a linear multihop underwater acoustic network[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,2010,35(4):961-970)。目前，適應水聲信道環(huán)境的高效節(jié)能的水聲多跳網(wǎng)絡協(xié)議是制約水聲通信網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵因素之一。國內(nèi)外對水聲多跳網(wǎng)絡傳輸協(xié)議的研究主要包括減少能量損耗、降低時延、避免沖突等幾個方面。例如：P.Xie和J.-H.Cui提出采用高效的錯誤消除編碼以降低數(shù)據(jù)包傳輸總數(shù)、提高信道使用率、簡化協(xié)作方式的方法(P.Xie and J.-H.Cui.An FEC-based reliable data transport protocol for underwater sensor networks[C].in Proc.of ICCCN,Honolulu,HI,2007)；M.Mo等人提出一種避免收發(fā)沖突的協(xié)作方式(H.Mo,et al.Coding based multi-hop coordinated reliable data transfer for underwater acoustic networks:Design,implementation and tests[C].in Proc.of IEEE Globecom Workshops,Atlanta,GA,2013)，主要是在全鏈條式的多跳數(shù)據(jù)傳輸中，采用相隔兩跳的節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)包，可避免節(jié)點間的收收沖突，可大大提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供可降低現(xiàn)有水聲多跳通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸平均端到端時延，提高數(shù)據(jù)傳輸成功率，降低重傳次數(shù)，可在保證水聲數(shù)據(jù)多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡系統(tǒng)整體誤碼性能的前提下，有效降低系統(tǒng)傳輸平均端到端時延和能量損耗的一種水聲多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)奇偶分組傳輸方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)各個節(jié)點之間等間距布放，每個節(jié)點發(fā)送功率強度控制在能讓相鄰及相隔一跳的四個節(jié)點監(jiān)聽到、相隔兩跳節(jié)點無法監(jiān)聽到的大小；

2)每個節(jié)點均工作在半雙工狀態(tài)，即任意節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)或處于接收/監(jiān)聽狀態(tài)；且規(guī)定，每個節(jié)點發(fā)送完一個數(shù)據(jù)包后，立即從發(fā)送狀態(tài)轉為接收/監(jiān)聽狀態(tài)；反饋信號為正確接收信號ACK或者未正確接收信號NAK；

3)設定RTS/CTS握手協(xié)議已經(jīng)解決，且在傳輸中途不考慮RTS/CTS握手協(xié)議；

4)利用水聲信道大時延的傳輸特性，通過合理設置節(jié)點之間的距離并控制每個節(jié)點的發(fā)送功率大小，以便于建立節(jié)點之間數(shù)據(jù)奇偶分組發(fā)送的協(xié)作傳輸機制；

5)將節(jié)點編序號，數(shù)據(jù)包按“1212…”的奇偶序列進行編號排列，每“12”兩個數(shù)據(jù)包為一組；

6)源節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸初始化操作，即第一節(jié)點向第二節(jié)點發(fā)送第二數(shù)據(jù)包；

7)第一節(jié)點向第三節(jié)點發(fā)送第二數(shù)據(jù)包,此時第一節(jié)點與第三節(jié)點之間的第二節(jié)點可監(jiān)聽到第一數(shù)據(jù)包并儲存在本地；第二節(jié)點再向第四節(jié)點發(fā)送第二數(shù)據(jù)包，此時第二節(jié)點與第四節(jié)點之間的第三節(jié)點亦可監(jiān)聽到第二數(shù)據(jù)包并儲存在本地；

8)以此類推，奇數(shù)節(jié)點向下一個奇數(shù)節(jié)點發(fā)送第一數(shù)據(jù)包，偶數(shù)節(jié)點向下一個偶數(shù)節(jié)點發(fā)送第二數(shù)據(jù)包，奇偶節(jié)點交替進行；此時，奇數(shù)節(jié)點和偶數(shù)節(jié)點分別作為各自的中繼節(jié)點進行轉發(fā)；

9)對于兩個奇數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，若處于接收狀態(tài)的奇數(shù)節(jié)點正確接收數(shù)據(jù)包，則發(fā)送正確接收信號ACK到兩個收發(fā)奇數(shù)節(jié)點之間的偶數(shù)節(jié)點，否則發(fā)送未正確接收信號NAK給該偶數(shù)節(jié)點并請求重傳數(shù)據(jù)包，直到該正在接收數(shù)據(jù)包的奇數(shù)節(jié)點正確接收數(shù)據(jù)包或者達到最大重傳次數(shù)為止；此時，兩個收發(fā)奇數(shù)節(jié)點之間的偶數(shù)節(jié)點作為協(xié)作節(jié)點進行傳輸；同理，對于兩個偶數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸也適用上述協(xié)作傳輸機制；

10)當目的節(jié)點成功接收完該組數(shù)據(jù)包后，回到步驟6)，即源節(jié)點進行下一組數(shù)據(jù)包的初始化操作，直到所有數(shù)據(jù)包發(fā)送完成為止。

在步驟5)和步驟7)中，采用將數(shù)據(jù)包進行奇偶分組發(fā)送的方法，每次傳輸發(fā)送“12”兩個數(shù)據(jù)包，使得數(shù)據(jù)包的發(fā)送次數(shù)降低一半，降低傳輸時間，進而降低系統(tǒng)整體的平均端到端時延，有效降低系統(tǒng)能量損耗。

在步驟5)和步驟9)中，采用奇偶節(jié)點之間協(xié)作傳輸?shù)姆椒?，使得每個節(jié)點可作為相鄰兩個節(jié)點的協(xié)作節(jié)點，降低節(jié)點間的數(shù)據(jù)包重傳距離及次數(shù)，從而延長水下設備使用壽命，降低水下數(shù)據(jù)傳輸成本。

綜上，傳統(tǒng)逐跳逐個的數(shù)據(jù)包傳輸方法使得水下數(shù)據(jù)傳輸效率較低，鑒于協(xié)作通信可獲得分集增益方面的優(yōu)勢，本發(fā)明擬在水聲多跳通信網(wǎng)絡中引入?yún)f(xié)作通信，研究如何通過各個節(jié)點間的協(xié)作來提高數(shù)據(jù)傳輸效率；同時考慮水聲信道大時延的特性，研究如何通過降低數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，進而降低系統(tǒng)整體的平均端到端時延。

本發(fā)明依據(jù)水聲信道大時延的屬性，通過合理設置節(jié)點之間的距離并控制每個節(jié)點的發(fā)送功率大小，引入?yún)f(xié)作通信，建立節(jié)點之間數(shù)據(jù)奇偶分組發(fā)送的協(xié)作傳輸機制，提高數(shù)據(jù)傳輸成功率，降低重傳次數(shù)，可在保證水聲數(shù)據(jù)多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡系統(tǒng)整體誤碼性能的前提下，有效降低系統(tǒng)傳輸平均端到端時延和能量損耗。

本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點：

1)在水聲多跳通信網(wǎng)絡中采用數(shù)據(jù)包奇偶分組發(fā)送的方法，每次傳輸發(fā)送“12”兩個數(shù)據(jù)包，可將數(shù)據(jù)包的傳輸次數(shù)減少一半，進而降低系統(tǒng)整體的平均端到端時延；

2)在水聲多跳通信網(wǎng)絡中采用奇偶節(jié)點之間協(xié)作傳輸?shù)姆椒?，使得每個節(jié)點可作為相鄰兩個節(jié)點的協(xié)作節(jié)點，降低節(jié)點間的數(shù)據(jù)包重傳距離及次數(shù)，進而降低系統(tǒng)整體的平均端到端時延；

3)本發(fā)明所述的水聲多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)奇偶分組發(fā)送方法，可在保證系統(tǒng)整體誤碼性能的前提下，有效降低系統(tǒng)能量損耗，從而延長水下設備使用壽命，降低水下數(shù)據(jù)傳輸成本。

附圖說明

圖1為奇偶分組協(xié)作傳輸方案示意圖。

圖2為奇偶分組協(xié)作傳輸方案時延推導。

圖3為未分組方案時延推導。

圖4為奇偶分組協(xié)作傳輸方案與未分組方案中斷概率對比。

圖5為奇偶分組協(xié)作傳輸方案與未分組方案平均端到端時延對比。

圖6為奇偶分組協(xié)作傳輸方案與未分組方案能量損耗對比。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做詳細描述。

現(xiàn)有水聲多跳通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方案，數(shù)據(jù)包在節(jié)點間逐個逐跳傳輸，第一節(jié)點11向第二節(jié)點12傳輸?shù)谝粩?shù)據(jù)包21，第二節(jié)點12再向第三節(jié)點13傳輸?shù)谝粩?shù)據(jù)包21，直到第一數(shù)據(jù)包21由源節(jié)點發(fā)送至目的節(jié)點后開始傳輸?shù)诙?shù)據(jù)包22,這樣的傳輸方法每次僅能傳輸一個數(shù)據(jù)包，平均端到端時延較高。為此，本發(fā)明提出一種水聲多跳通信網(wǎng)絡奇偶分組協(xié)作傳輸方法，將數(shù)據(jù)包進行奇偶分組傳輸，可以使傳輸次數(shù)減半，同時利用奇偶節(jié)點之間的協(xié)作傳輸，降低系統(tǒng)平均端到端時延及能量損耗。

如圖1所示，所述水聲多跳通信網(wǎng)奇偶分組協(xié)作傳輸方法，包括以下步驟：

1)各個節(jié)點之間等間距布放，每個節(jié)點發(fā)送功率強度控制在能讓相鄰及相隔一跳的四個節(jié)點監(jiān)聽到、相隔兩跳節(jié)點無法監(jiān)聽到的大??；

2)每個節(jié)點均工作在半雙工狀態(tài)，即任意節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)或處于接收/監(jiān)聽狀態(tài)；且規(guī)定，每個節(jié)點發(fā)送完一個數(shù)據(jù)包后，立即從發(fā)送狀態(tài)轉為接收/監(jiān)聽狀態(tài)；反饋信號為正確接收信號ACK或者未正確接收信號NAK；

3)設定RTS/CTS握手協(xié)議已經(jīng)解決，且在傳輸中途不考慮RTS/CTS握手協(xié)議；

4)利用水聲信道大時延的傳輸特性，通過合理設置節(jié)點之間的距離并控制每個節(jié)點的發(fā)送功率大小，以便于建立節(jié)點之間數(shù)據(jù)奇偶分組發(fā)送的協(xié)作傳輸機制；

5)將t個節(jié)點編序號為“1,2，…，t”，n個數(shù)據(jù)包按“1212…”的奇偶序列進行編號排列，每“12”兩個數(shù)據(jù)包為一組,共有n/2組數(shù)據(jù)包；

6)源節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸初始化操作，即第一節(jié)點11向第二節(jié)點12發(fā)送第二數(shù)據(jù)包22；

7)第一節(jié)點11向第三節(jié)點13發(fā)送第一數(shù)據(jù)包21,此時第一節(jié)點11與第三節(jié)點13之間的第二節(jié)點12可監(jiān)聽到第一數(shù)據(jù)包21并儲存在本地；第二節(jié)點12再向第四節(jié)點14發(fā)送第二數(shù)據(jù)包22，此時第二節(jié)點12與第四節(jié)點14之間的第三節(jié)點13亦可監(jiān)聽到第二數(shù)據(jù)包22并儲存在本地；

8)以此類推，奇數(shù)節(jié)點向下一個奇數(shù)節(jié)點發(fā)送第一數(shù)據(jù)包21，偶數(shù)節(jié)點向下一個偶數(shù)節(jié)點發(fā)送第二數(shù)據(jù)包22，奇偶節(jié)點交替進行；此時，奇數(shù)節(jié)點和偶數(shù)節(jié)點分別作為各自的中繼節(jié)點進行轉發(fā)；

當數(shù)據(jù)包全部傳輸成功時，結合圖2可以得出節(jié)點數(shù)為t時的總時延，其中跳數(shù)k＝t-1：

$T_{total\_k}=\frac{n}{2}\[(k-1)(2T_{st}+T_{bl})+2(T_{st}+T_{bl})\]---\left(1\right)$

式中，T_{total_k}表示跳數(shù)為k時的總時延，n表示數(shù)據(jù)包個數(shù)，k表示跳數(shù)，T_st表示傳播時延，T_bl表示傳輸時延。

9)對于兩個奇數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，若處于接收狀態(tài)的奇數(shù)節(jié)點正確接收數(shù)據(jù)包，則發(fā)送正確接收信號ACK到兩個收發(fā)奇數(shù)節(jié)點之間的偶數(shù)節(jié)點，否則發(fā)送未正確接收信號NAK給該偶數(shù)節(jié)點并請求重傳數(shù)據(jù)包，直到該正在接收數(shù)據(jù)包的奇數(shù)節(jié)點正確接收數(shù)據(jù)包或者達到最大重傳次數(shù)為止；此時，兩個收發(fā)奇數(shù)節(jié)點之間的偶數(shù)節(jié)點作為協(xié)作節(jié)點進行傳輸；同理，對于兩個偶數(shù)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸也適用上述協(xié)作傳輸機制；

結合圖2可知，當有節(jié)點發(fā)生重傳時，系統(tǒng)總的傳輸時延為：

$T_{total\_k}=\frac{n}{2}\[(k-1)(2T_{st}+T_{bl})+2(T_{st}+T_{bl})\]+\underset{i=2}{\overset{t}{\Σ}}(T_{st}+T_{bl})m_i---\left(2\right)$

其中，m_i＝0,1,2,…,M

式中，T_{total_k}表示跳數(shù)為k時的總時延，n表示數(shù)據(jù)包個數(shù)，k表示跳數(shù)，t表示節(jié)點個數(shù)，T_st表示傳播時延，T_bl表示傳輸時延，m_i表示第i個節(jié)點請求重傳的次數(shù)，i＝2，…，t，且任意節(jié)點的最大請求重傳次數(shù)為M。

10)當?shù)趖個節(jié)點成功接收完該組數(shù)據(jù)包后，回到步驟6)，即源節(jié)點進行下一組數(shù)據(jù)包的初始化操作，直到n/2組數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完成為止。

為了便于對比，下面推導未采用水聲多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡奇偶分組傳輸方案(以下簡稱未分組傳輸方案)的系統(tǒng)整體傳輸時延，推導過程如圖3所示。

同樣設t個節(jié)點傳輸n個數(shù)據(jù)包，若一次全部傳輸成功，則系統(tǒng)總時延為：

T_tatal＝kn(T_st+T_bl) (3)

式中，T_total表示跳數(shù)為k時的總時延，n表示數(shù)據(jù)包個數(shù)，k表示跳數(shù)，T_st表示傳播時延，T_bl表示傳輸時延。

當有節(jié)點發(fā)生重傳時，系統(tǒng)總時延為：

$T_{total}=kn(T_{st}+T_{bl})+\underset{i=2}{\overset{t}{\Σ}}(T_{st}+T_{bl})m_i---\left(4\right)$

m_i＝0,1,2,…,M

式中，T_total表示跳數(shù)為k時的總時延，n表示數(shù)據(jù)包個數(shù)，k表示跳數(shù)，t表示節(jié)點個數(shù)，T_st表示傳播時延，T_bl表示傳輸時延。其中，m_i表示第i個節(jié)點請求重傳的次數(shù)，i＝2，…，t，且任意節(jié)點的最大請求重傳次數(shù)為M。

下面以7跳、50個數(shù)據(jù)包，即t＝8，k＝7，n＝50為例，對于本發(fā)明所述方法的可行性進行計算機仿真驗證。

假設水聲多跳協(xié)作通信網(wǎng)絡各節(jié)點間的傳輸距離l＝1km，水聲速度c＝1500m/s，則任意2個節(jié)點間的傳播時延T_st＝l/c≈667ms，若采用正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱為OFDM)多載波調(diào)制方式，根據(jù)水聲網(wǎng)絡調(diào)制解調(diào)器的參數(shù)設置，每個OFDM數(shù)據(jù)符號塊(block)的持續(xù)時間為95ms，則任意2個節(jié)點間的傳播時延T_st約為667/95＝7個block，將節(jié)點每次待發(fā)送數(shù)據(jù)符號塊總持續(xù)時間T_bl設為20個block，即每個數(shù)據(jù)包長度為20個block。水聲信道采用準靜止衰落信道。仿真實驗在MATLAB平臺上實現(xiàn)，仿真次數(shù)設為5000次。

為方便描述，仿真中，對端到端時延的描述全部以OFDM數(shù)據(jù)符號塊(block)的數(shù)目來表示，可通過傳播時延除以每個block持續(xù)時間取整計算得到對應的block數(shù)目，并根據(jù)上述端到端時延計算公式對時延進行計算。

對于本仿真計算實例，取t＝8，即k＝7時，代入奇偶分組協(xié)作傳輸方案的時延計算公式，結果如下：

1)全部傳輸成功時：

$T_{total\_k}=\frac{n}{2}\[6(2T_{st}+T_{bl})+2(T_{st}+T_{bl})\]---\left(5\right)$

式中，T_{total_k}表示跳數(shù)為k時的總時延，n表示數(shù)據(jù)包個數(shù)，k表示跳數(shù)，T_st表示傳播時延，T_bl表示傳輸時延。

2)存在節(jié)點重傳時：

$T_{total\_k}=\frac{n}{2}\[6(2T_{st}+T_{bl})+2(T_{st}+T_{bl})\]+\underset{i=2}{\overset{t}{\Σ}}(T_{st}+T_{bl})m_i---\left(6\right)$

其中，m_i＝0,1,2,…,M

T_{total_k}表示跳數(shù)為k時的總時延，n表示數(shù)據(jù)包個數(shù)，k表示跳數(shù)，t表示節(jié)點個數(shù)，T_st表示傳播時延，T_bl表示傳輸時延；m_i表示第i個節(jié)點請求重傳的次數(shù)，i＝2，…，t，且任意節(jié)點的最大請求重傳次數(shù)為M。

實施例中采用的能量損耗計算模型如下：

接收端水下信號信噪比SNR一般可由被動聲吶方程表示，即：

SNR＝SL-TL-NL+DI≥DT (7)式中，SNR表示水下信號信噪比，DT是檢測門限，通常設定為3dB；DI是接收器指向性指數(shù)，設定為0dB，即為全指向性接收器；NL是環(huán)境噪聲級；TL是由于水聲信道造成的傳播損失，表示聲波傳播一定距離以后聲強度的衰減變化；SL是聲源級，用于描述發(fā)射信號的強弱，其定義為：

$SL=10{\log }_{10}\frac{I_r}{I_0}---\left(8\right)$

式中，SL是聲源級，I_r是距離聲源1m處的聲音強度；I₀是參考聲強，通常取均方根聲壓為1μPa的平面波的聲強，約為0.67×10^-19W/m²。從式(8)可得到I_r的計算公式為：

$T_r={10}^{\frac{SL}{10}}{I}_0---\left(9\right)$

式中，SL是聲源級，I_r是距離聲源1m處的聲音強度；I₀是參考聲強。

淺海中要使距離聲源1m處的聲強達到Ir，在接收機方向上所需的傳輸功率為：

P＝2πhI_r (10)

式中，P表示傳輸功率；h表示海域深度，單位為m，在仿真程序中設為75m，I_r是距離聲源1m處的聲音強度。

假設1個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包為n，傳輸一個數(shù)據(jù)包所需的時間為T₀(單位為s)，則該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)所消耗的能量E_T(單位為J)的表達式為：

E_T＝nPT₀ (11)

式中，E_T表示發(fā)送數(shù)據(jù)所需能量消耗，n為發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)，P為傳輸功率，T₀為傳輸一個數(shù)據(jù)包所需時間。

對于中繼節(jié)點來說，除了發(fā)送信息的能量消耗外，節(jié)點能量消耗還包括接收數(shù)據(jù)包所消耗的能量。當節(jié)點接收n個數(shù)據(jù)包信息時，消耗的能量可表示為：

$E_R={\mathrm{nE}}_{R_0}---\left(12\right)$

式中，E_R為消耗的能量，n為發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)，是節(jié)點接收一個數(shù)據(jù)包所消耗的能量。對于一般商用水聽器接收一個數(shù)據(jù)包所消耗能量的典型值為發(fā)送一個數(shù)據(jù)包所消耗能量E_T的1/10，即：

$E_{R_0}=\frac{1}{10}{T}_{0}P=\frac{1}{10}{E}_T---\left(13\right)$

式中，是節(jié)點接收一個數(shù)據(jù)包所消耗的能量，T₀為傳輸一個數(shù)據(jù)包所需時間，P為傳輸功率，E_T表示發(fā)送數(shù)據(jù)所需能量消耗。

以下是對于本發(fā)明所述方法仿真結果的分析：

1)兩種方案的系統(tǒng)中斷概率對比：單個節(jié)點采用不同發(fā)射聲源級時，對本發(fā)明所述奇偶分組協(xié)作傳輸方案和未分組方案的系統(tǒng)整體中斷概率進行計算，結果如圖4所示。由圖4可見，采用兩種方案的系統(tǒng)中斷概率均隨單個節(jié)點發(fā)射聲源級的提高而降低，這是由于單個節(jié)點發(fā)射聲源級提高，發(fā)射功率提高，傳輸數(shù)據(jù)成功率也提高，故系統(tǒng)中斷概率降低，與理論分析一致；在單個節(jié)點發(fā)射聲源級相同的條件下，奇偶分組協(xié)作傳輸方案的中斷概率略高于未分組方案，這是由于本發(fā)明所述方法的傳輸相隔一跳，其傳輸距離系未分組傳輸方案距離的兩倍，故采用同樣發(fā)射功率的傳輸效果要差一些，也就是說，要想獲得同樣的中斷概率，其單個節(jié)點所需的發(fā)射聲源級必須高于未分組方案，這與理論分析相吻合。

2)兩種方案的系統(tǒng)平均端到端時延對比：在單個節(jié)點不同發(fā)射聲源級下，對兩種傳輸方案的系統(tǒng)平均端到端時延進行仿真對比，結果如圖5所示。由圖5可見，隨著單個發(fā)射聲源級的升高，兩種方案的平均端到端時延均有明顯降低，但最終奇偶分組協(xié)作傳輸方案的時延明顯低于未分組方案的時延，這也與上述公式推導的結論一致，證明了奇偶分組協(xié)作傳輸方案的優(yōu)越性。

3)兩種方案的系統(tǒng)整體能量損耗對比：在相同跳數(shù)條件下，兩種傳輸方案的系統(tǒng)平均能量損耗的仿真結果對比如圖6所示。由圖6可見，在跳數(shù)相同的條件下，兩種方案所需能量均隨單個節(jié)點發(fā)射聲源級的提高而提高；同時，奇偶分組傳輸協(xié)作方案系統(tǒng)整體所需能量消耗明顯低于未分組方案，這是由于奇偶分組傳輸協(xié)作方案以兩個數(shù)據(jù)包為一組進行傳輸，降低了數(shù)據(jù)包的傳輸次數(shù)，且由于奇偶節(jié)點間存在協(xié)作傳輸，帶來協(xié)作增益，因此系統(tǒng)整體的能量損耗較低，仿真結果驗證了奇偶分組協(xié)作傳輸方案的優(yōu)越性。

綜上，本發(fā)明利用水聲信道大時延的傳輸特性，合理設置節(jié)點之間的距離并控制每個節(jié)點的發(fā)送功率大小，建立節(jié)點之間數(shù)據(jù)奇偶分組發(fā)送的協(xié)作傳輸機制；將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包及各節(jié)點編號，每兩個數(shù)據(jù)包為一組，同時進行初始化操作；奇數(shù)節(jié)點向下一個奇數(shù)節(jié)點發(fā)送奇數(shù)數(shù)據(jù)包，偶數(shù)節(jié)點向下一個偶數(shù)節(jié)點發(fā)送偶數(shù)數(shù)據(jù)包，奇偶節(jié)點交替進行，此時，奇數(shù)節(jié)點和偶數(shù)節(jié)點分別作為各自的中繼節(jié)點進行轉發(fā)；當奇數(shù)節(jié)點向下一個奇數(shù)節(jié)點發(fā)送奇數(shù)數(shù)據(jù)包時，兩個奇數(shù)節(jié)點之間的偶數(shù)節(jié)點可監(jiān)聽到該奇數(shù)數(shù)據(jù)包并儲存在本地，該偶數(shù)節(jié)點可根據(jù)需要作為協(xié)作節(jié)點將監(jiān)聽到的該奇數(shù)數(shù)據(jù)包重傳給下一個奇數(shù)節(jié)點；同理，兩個偶數(shù)節(jié)點之間的奇數(shù)節(jié)點也適用上述協(xié)作傳輸機制；當目的節(jié)點成功接收完該組數(shù)據(jù)包后，源節(jié)點進行下一組數(shù)據(jù)包的初始化操作，直到所有數(shù)據(jù)包發(fā)送完成為止；該方法能充分發(fā)揮奇偶節(jié)點之間的協(xié)作傳輸作用，在保證系統(tǒng)誤碼性能的前提下，有效降低節(jié)點之間的重傳次數(shù)，進而降低系統(tǒng)整體的平均端到端時延及能量損耗。