[发明专利]基于距离远近自适应选择时隙的水声通信方法

摘要

本发明涉及基于距离远近自适应选择时隙的水声通信方法。本发明的目的是提供一种自适应时隙选择水声通信方法，为了充分利用水声通信的特点，协议首先测量各个从节点和主节点之间的数据传输时间，根据传输时间的长短形成队列关系，充分利用这种距离远近的差别形成各个从节点数据到达主节点的交错，避免到达数据的碰撞；为了提高初始化阶段成功率，基于随机算法人为产生延迟系数，可有效避免握手数据碰撞，有效节省发送时间，缩短发送周期，提高发送效率。

主权项

1.基于距离远近自适应选择时隙的水声通信方法，其特征在于如下步骤：第一步：确定簇内的主节点和从节点，主节点负责汇总、传递数据，从节点负责采集传递数据给主节点，对簇内的从节点进行编号，编号代表相应节点的ID号，假设一个簇有I个从节点；第二步：设计广播帧、控制帧和数据帧三种帧类型，广播帧的作用是通知从节点调整数据发送时刻，减轻或避免由于从节点位置漂移、传播时延抖动问题造成的数据碰撞，控制帧的作用是对从节点的上行数据做出应答，确认接收成功或请求重传，数据帧是从节点发送给主节点的采集数据；第三步：开始系统初始化，从节点i按照随机算法产生一个延迟系数Ki，为使主节点有足够计算时间，尽量使各从节点的延迟系数差别大一些，通过公式(1)计算从节点i的初始化响应时间，ΔT＝0.1秒；TCi＝Ki×ΔT  (1)第四步：主节点O向周围的从节点广播时间表注册指令RIS，并记录当前时刻Ts，注册指令包含从节点的注册信息；第五步：从节点i收到RIS指令后，延迟TCi时间发送时间表注册响应信号CIS，CIS信息包含从节点i的ID号、延迟时间TCi；第六步：主节点收到从节点i回复的CIS信号后记录当前时刻TRi，设主、从节点的传输时延为TD，按照公式(2)计算主节点到从节点i的传输时延TDi，主节点记录从节点编号和相应传输时延，完成对从节点i的注册；TDi＝(TRi‑Ts‑TCi)/2  (2)第七步：主节点统计簇内被记录的从节点信息，如发现簇内有的从节点信息未被注册，则主节点需重新发送注册指令RIS；第八步：从节点根据RIS指令判断是否被注册，如已注册则不回复CIS信号，如没有注册则须按照原延迟时间重新发送CIS信号；第九步：重复步骤四到步骤八，直到簇内从节点均被记录；第十步：主节点根据I个从节点的传输时延值从小到大进行排序，最小传输时延用TDmin表示，最大传输时延用TDmax表示，用j＝1，2，...，I对排序后的传输时延进行编号，传输时延值相等的情况下，先完成注册的排在前面，用TDCj，j＝1，2，...，I表示重新编号以后的传输时延，则TDC1＝TDmin，TDCl＝TDmax，主节点记录从节点ID号和相应的时延编号；第十一步：主节点根据对从节点的时延编号，按照公式(3)计算各从节点的数据发送调整时间Tm，编号为j的数据发送调整时间用Tm，j表示；Tm，j＝(Tc+Tp)+TDmin+(j‑1)*(Tg+Tdata)‑2*TDCj  (3)其中，j＝1，2，...，I，Tc为广播帧持续时间，Tp为控制帧持续时间，Tg为保护间隔，Tdata为数据帧持续时间，Tc、Tp、Tg、Tdata均为常量；第十二步：主节点按公式(4)计算工作周期T，公式中N代表从节点发送数据总帧数；T＝(Tc+Tp)+TDmin+N*(Tg+Tdata)  (4)第十三步：主节点根据各个从节点的发送调整时间，在本地时间轴上建立对应的数据接收区间，并将时间表信息通过广播的方式发送给各个从节点，时间表信息包括从节点ID号、工作周期T、传播时延TD、数据发送调整时间Tm；第十四步：从节点依据本节点的ID从时间表信息获取数据发送调整时间，将本节点的工作时隙映射到本地时间轴上；第十五步：从节点根据本地时钟，在规定的时隙发送数据，发送完后即进入休眠状态，在下一个时钟周期的广播帧和控制帧到来之前自动唤醒，查看是否需要调整数据发送时间，是否需要重发；第十六步：主节点依据各个从节点的数据发送调整时间、传播时延、系统工作周期计算从节点数据的理论到达时间，和实际到达时间比对，看时间差是否超过如超过则在下一周期的广播帧通知从节点及时调整数据发送时间，主节点判断到达数据是否发生碰撞，在下一周期的控制帧通知从节点是否需要重发。