[发明专利]一种水下机器人的自适应组网通信方法

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人通信领域，尤其涉及一种水下机器人的自适应组网通信方法。

背景技术

自主式水下机器人(AUV)在军事上可广泛应用于水域侦查、中继通讯、区域探雷、智能攻击等。在民用方面，可用于海底生物资源探查，矿产资源采样，海底地形勘测，沉物打捞，地震地热活动监测，海洋环境监测等。

多AUV的协作可以提高工作效率，并在某个AUV发生故障时提供冗余。使用价格相对低廉，构造简单的多个小型AUV的合作来完成复杂的水下任务，比使用一个价格昂贵且携带多个传感器的大型AUV具有更好的性能。多水下机器人组网通信的主要目的是为水下机器人个体之间的信息交互、协调提供支持，并实现机器人内部不同功能模块之间的信息流通。

申请号为CN201510154636的中国专利文件(公开日：2015年9月9日)中公开的“一种用于水下机器人群协同控制的通信装置与方法”提供了一种用于水下机器人群协同控制的通信装置与方法。一种用于水下机器人协同控制通信装置与方法虽然与本专利属于同一技术领域，但它主要通过水生通信装置完成信号的检测、组包和编码，并通过协同控制方法解决通讯范围和带宽约束导致的跟踪性能下降问题。而本发明根据AUV节点之间的相对距离采取拓扑的信息传输方式，通过自适应MAC通信方法实现领航员AUV和所有的跟随AUV之间的数据传输和时间同步，这样该发明就降低了领航AUV的能量消耗，提高了整个AUV编队组网的生存时间和网络的吞吐量。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有使用灵活，适应性强的水下机器人的自适应组网通信方法。

一种水下机器人的自适应组网通信方法，包括以下步骤，

步骤一：建立水下机器人组网的分层通信结构，结构包括物理层、数据链路层和网络层；

步骤二：在分层通信结构的基础上定义AUV节点之间通信的拓扑结构，G＝(V,ξ,A)为多个AUV节点组成的带权有向图,其中V＝{s₁,s₂,...,s_n}是AUV的节点集,图的有向边集为A＝[a_ij]为有向图的带权邻接矩阵，a_ij≥0；每一条边(s_i,s_j)对应AUV节点s_i和AUV节点s_j在t时刻通信过程中的信道，即

步骤三：将水下机器人组网通信的拓扑结构分为线性传输拓扑结构和一对多竞争拓扑结构。

本发明一种水下机器人的自适应组网通信方法，还可以包括：

1、根据AUV节点之间的相对距离，选择线性传输拓扑结构和一对多竞争拓扑结构，对于距离领航员AUV节点较远而距离其他跟随AUV较近的节点采用线性拓扑传输方式，在线性拓扑传输过程中，领航员AUV和所有的跟随AUV通过广播与应答的方式实现时间同步，之后节点根据距离领航员AUV和数据传输的效果选择负责外围节点的通信或休眠；而对于其他AUV节点采用一对多竞争拓扑传输方式，采用了一对多竞争的自适应通信方法。

2、线性传输拓扑结构的通信方法为：

(1)当一个领航员AUV与其他几个AUV跟随节点采用线性拓扑传输方式通信时，自适应组网通信方法中每个节点均包含一个“RTS”、“CTS”、“Data”和“ACK”，当信道竞争选择完毕后，领航员AUV和所有的跟随AUV通过广播与应答的方式实现时间同步，领航员AUV通过中间节点1向接收节点2发送消息；