[发明专利]一种分布式多信道水声网络通信方法

说明书

本发明公开了一种分布式多信道水声网络通信方法，该方法同时利用多条通信信道和水声信道信息传播时延长的特点来实现数据的并行传输，在某些通信信道中采用经过优化的时分复用方法发送握手信令，在另一些通信信道中采用优化的发送时间来并行发送数据，两者以流水线的方式并行进行。与现有技术相比，本发明充分地利用了多信道和水声信道信息传播时延长的特点进行并行传输，无需中心节点控制，可以在分布式的网络中完全消除传输冲突的同时减少握手带来的开销，有效地提高了水声网络的通信效率。本发明可以广泛应用于分布式的水声通信网、水声传感网等场合。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，具体涉及一种分布式多信道水声网络通信方法。

背景技术

水声网络是水下通信研究的重要课题之一，在水下勘探、水下石油开采、战术监控、污染监测、海啸预警、辅助导航、生态监控等方面有着广泛的用途。水声信道的频带窄、干扰强、时延长、能量受限等特点，使得控制节点共享信道方式的媒体接入控制(MediumAccess Control，MAC)技术成为影响水声通信网络性能的关键因素。

在目前的水声网络中，MAC协议大致可以分为非竞争式、竞争式和混合式三种，但由于水声信道可用的频带很窄，水下点对点声通信的速率受到很大限制，因此现有水声网络的通信能力通常不强。在点对点通信速率有限的情况下，增加节点间通信的并行度无疑是提高网络通信性能的有效途径之一。但传统的水声网络MAC协议大多参照陆上无线网络的MAC协议来设计，因此较少考虑和利用到水声信道特性带来的水下并行通信机会，导致所组建的水声网络通信性能不佳。近年的研究发现，可以利用水声信道信息传播时延长的特点来实现节点间的并行通信，从而提高水声网络的通信性能。

针对分布式竞争信道水声网络，中国发明专利CN201410714302.5和中国发明专利CN201610697973.4分别提供了一种适用于全静态节点水声网络和包含运动节点水声网络的多节点并行通信方法，上述方法利用水声信道信息传播时延长的特点，通过合理规划节点的发送时间来实现多组节点在同一个传输周期内无冲突地并行传输数据，可以有效地提高信道的利用效率，减少通信的平均时延。中国发明专利CN201611159045.9中提供了一种节点发送顺序优化的竞争信道水声网络并行通信方法，该方法通过优化一个传输周期中多个节点的发送顺序及发送时间，能在实现节点数据无冲突并行传输的前提下，有效地减少一个传输周期所需的时间，从而提高信道利用效率。中国发明专利201710064153.6提供了一种节点发送时间和功率联合优化的水声网络通信方法，该方法通过控制节点的发送功率，在数据传输阶段将全连通网络转化为多个互不连通的子网，每个子网独立规划节点发送时间，子网间同时传输，子网内并发传输，能有效地减少一个传输周期所需的时间，提高信道利用效率，降低能耗。上述方法均能利用水声信道时延长的特点来实现并行通信，有效提高现有基于握手的水下竞争MAC协议的性能，但这些方法在数据传输中还存在着冲突，影响了节点通信的效率。为了解决冲突问题，中国发明专利201710934736.X提供了一种无冲突的竞争信道水声网络并行通信方法，节点采用经过优化的时分复用方法发送RTS/CTS信令，可以有效避免RTS/CTS信令的冲突，同时将ACK/NACK信令的发送与下一传输周期的RTS/CTS信令发送相结合，并提供了节点休眠的机制，能有效地提高信道利用率，节约能耗。但该方法的缺点是握手时间耗时长，并且握手时间随着节点数的增加而增加，在规模较大的网络中性能不佳。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种分布式多信道水声网络通信方法，该方法同时利用多条通信信道和水声信道信息传播时延长的特点来实现数据的并行传输，在某些通信信道中采用经过优化的时分复用方法发送握手信令，在另一些通信信道中采用优化的发送时间来并行发送数据，两者以流水线的方式并行进行。与现有技术相比，本发明充分地利用了多信道和水声信道信息传播时延长的特点进行并行传输，无需中心节点控制，可以在分布式的网络中完全消除传输冲突的同时减少握手带来的开销，有效地提高了水声网络的通信效率。本发明可以广泛应用于分布式的水声通信网、水声传感网等场合。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：