[发明专利]包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法

摘要

本发明公开了包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法，包括：布放静态节点；运动节点进入水声通信网络的通信范围后，确定本节点当前相对上述坐标系统的位置及速度矢量，并在信道空闲时向水声通信网络中的其他节点广播加入网络信令；当节点有数据需要发送时，在新的传输周期参与信道的竞争，计算本节点能无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻，并在该时刻发送数据；当运动节点需要退出网络时，在信道空闲时向其他节点广播退出网络信令，其他节点接收到该信令后。本发明能有效地提高信道的利用效率，减少通信的平均时延，可以广泛用于各种包含运动节点的水声通信网、水声传感网等场合。

主权项

1.包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、布放静态节点，由静态节点组建水声通信网络，并根据静态节点布放的位置建立坐标系统，确定所有静态节点的坐标；步骤2、运动节点进入水声通信网络的通信范围后，确定本节点当前相对上述坐标系统的位置及速度矢量，并在信道空闲时向水声通信网络中的其他节点广播加入网络信令，其他节点接收到该信令后，记录新增的运动节点；步骤3、当节点有数据需要发送时，在新的传输周期参与信道的竞争，根据本节点的当前位置和速度矢量，以及本次传输周期中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和待发送数据的长度，计算本节点能无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻，并在该时刻发送数据；每个传输周期包含握手、传输、结束三个阶段，具体步骤如下：步骤3.1：当信道空闲且有至少1个节点需要发送数据时，网络进入握手阶段；需要发起通信的节点广播RTS信令，相应的目的节点若同意通信，则广播回复CTS信令，直至在预设的时间内再无新的RTS和CTS信令发出，握手阶段结束；所有RTS和CTS信令中包含该RTS或CTS信令发送的时刻，RTS中包含待发送数据的长度，若移动节点作为源节点或目的节点时，其RTS或CTS信令中还包含上述移动节点的当前位置和速度矢量；每个节点侦听并记录本次传输周期中所有成功握手的源节点和相应的目的节点；步骤3.2：握手阶段结束后，网络进入传输阶段，每个需要发送信息的节点按优先级顺序，根据本节点的位置和速度矢量，以及本次传输周期网络中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和待发送数据的长度，计算本节点可以无冲突地发送数据至相应目的节点的时刻并计时，计时至该时刻后，向相应目的节点发送数据；其中静态节点的位置为网络部署时该节点的位置，其速度矢量为0；每个节点发送数据的时刻采用以下过程计算：步骤3.2.1：优先级最高的源节点s₁以最后一个CTS信令中的时间标签为传输阶段的0时刻，经过预设时间后开始发送数据，其中D_max为水声网络任意两节点间数据传播的最大延时，为预设的延时；所述CTS信令中的时间标签为该CTS信令发送的时刻；步骤3.2.2：以最后一个CTS信令中时间标签为传输阶段的0时刻，优先级为i的源节点s_i按式(1)顺次计算出优先级为2～i的所有源节点发送数据的时刻，并在T_i^data时刻发送数据给相应的目的节点d_i其中T_i^data为第i个源节点发送数据的时刻，P_i^data为第i个源节点发送数据包的持续时间，C^data为预设的保护时间，为源节点s_k在t时刻发送的数据传输到目的节点d_l的时延，其中k＝1～i，l＝1～i，采用下式计算其中式(3)中和分别为源节点s_k和目的节点d_l在传输阶段0时刻的位置，和分别为源节点s_k和目的节点d_l的速度矢量，c为声波在水中的传播速度；步骤3.3：当所有节点的数据发送完毕后，网络进入结束阶段，每个接收到数据的目的节点按优先级顺序，根据本节点的位置和速度矢量，以及本次传输周期网络中比本节点优先级更高的源节点和目的节点的位置、速度矢量和ACK或NACK信令的长度，计算本节点能无冲突发送ACK或NACK信令至相应源节点的时刻并计时，计时至该时刻后，接收数据正确的目的节点向相应的源节点发送ACK信令，接收数据有错误的目的节点向相应的源节点发送NACK信令；其中静态节点的位置为网络部署时该节点的位置，其速度矢量为0，ACK和NACK信令具有相同的长度；当最后一个目的节点发送完ACK或NACK信令后，经过预设的时间，本传输周期结束；步骤4、当运动节点需要退出网络时，在信道空闲时向其他节点广播退出网络信令，其他节点接收到该信令后，删除所记录的上述运动节点的信息。