[發(fā)明專利]基于短生命周期的區(qū)域性水下通信網(wǎng)的組網(wǎng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310340520.2
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN104349417B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉磊;李宇;張揚(yáng)帆;張春華;黃海寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11318
• 代理人: 楊小蓉,楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種基于短生命周期的區(qū)域性水下通信網(wǎng)的組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

海洋占據(jù)了地球表面70％以上面積，平均深度達(dá)4km，蘊(yùn)藏著豐富的油氣、動力礦產(chǎn)等資源。同時，海洋是全球運輸?shù)闹饕ǖ?，是全球環(huán)境的調(diào)節(jié)器，也是多種自然災(zāi)害的發(fā)源地和發(fā)生地。因此，海洋是維持人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略空間，對人類的發(fā)展和社會進(jìn)步起到重要作用。各海洋國家都相繼投入了大量的財力開展對海洋的觀測和開發(fā)，以期在海洋資源控制中占領(lǐng)主動地位。

相比較于空氣中無線通信環(huán)境，水聲信道是一個時變的時延和多普勒雙擴(kuò)散信道，信道條件非常惡劣。水中的聲速一般在1500m/s左右，與無線電波的傳播速度3.0×10⁸m/s相比差了5個數(shù)量級。此外，聲速還受溫度、鹽度和壓力等多方面因素的影響，并且與載體的運動速度、水面的起伏速度等可比擬，因此多途效應(yīng)、多普勒頻移和信道的時變性更加明顯且復(fù)雜。水聲通信的惡劣環(huán)境和節(jié)點功能的限制影響到水聲網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計，并且需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景開發(fā)更加優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)按照是否預(yù)先知道路由信息可以分為固定網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)兩種。

在固定網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點位置固定，且一般在布放的時候就進(jìn)行了嚴(yán)格的測量，所有的路由信息在組網(wǎng)之前就已經(jīng)植入節(jié)點。固定的路由在無線領(lǐng)域經(jīng)常用在中心控制式的網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點都可以與網(wǎng)關(guān)直接通信。在水聲領(lǐng)域，固定式的路由也有較為廣泛的應(yīng)用，尤其是與TDMA、CDMA等多址技術(shù)的結(jié)合使用，使得網(wǎng)絡(luò)性能有較大的提升。但固定路由也存在一些問題，如擴(kuò)展性差、節(jié)點不易替換等，不能適用于所有場景。

在自組織網(wǎng)絡(luò)中，自組織的路由協(xié)議按照路由建立的時間又可以分為前攝式和反饋式兩種。前攝式路由中，路由建立過程發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)的初始化過程中。網(wǎng)絡(luò)一旦布放就馬上開始建立可能需要的所有路由，而不論該路由信息在后面是否會真正被用到。路由信息會周期地進(jìn)行重建，同樣不關(guān)心重建的路由信息是否會被用到。該類協(xié)議以DSDV為代表。反饋式路由下，只有當(dāng)節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)包給某節(jié)點時才會建立到該節(jié)點的路由，數(shù)據(jù)包隨后進(jìn)行發(fā)送。路由維護(hù)時會定期清除長期不用的路由。該類協(xié)議以AODV為代表。

基于地理位置信息的路由根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的位置來決定路由的選取，減少了路由建立過程中數(shù)據(jù)包廣播的范圍。不僅減少能量的浪費，還降低了包沖突的概率，減小了通信時延?；诘乩砦恢眯畔⒌穆酚梢訴BF為代表。

用于短生命周期的區(qū)域性水下通信的水聲網(wǎng)絡(luò)一般具有以下特點：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，節(jié)點在布放后位置較為固定，聲速變化以及節(jié)點的漂移不會對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)造成較大的改變，但由于布放精度不容易保證，布放初期無法得知網(wǎng)絡(luò)實際的拓?fù)溥B接情況?；谒暰W(wǎng)絡(luò)的上述特點，水聲網(wǎng)絡(luò)需要采用自組織的路由協(xié)議。同時，由于水聲網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對固定，網(wǎng)絡(luò)的工作時間較短(一般一次工作過程維持8分鐘左右)，暫不需要定期清除舊的路由，也不需要定期更新路由。

現(xiàn)有技術(shù)中的AODV協(xié)議的路由建立延遲較高，這在傳播延遲很高的水聲網(wǎng)絡(luò)中會進(jìn)一步加大，無法滿足快速組網(wǎng)的要求。而VBF協(xié)議要求節(jié)點可以測量信號發(fā)送方的角度，這在水聲通信中并非總能得到滿足，因此也無法用于水聲網(wǎng)絡(luò)的組建。由于水聲網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的路由不需要定期更新，因此DSDV協(xié)議也并不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的水下通信網(wǎng)的組網(wǎng)方法無法滿足快速組網(wǎng)要求的缺陷，從而提供一種快速組網(wǎng)方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于短生命周期的區(qū)域性水下通信網(wǎng)的組網(wǎng)方法，包括：

步驟1)、將待組網(wǎng)的各個節(jié)點的初始狀態(tài)均設(shè)置為“未分配狀態(tài)”；從所述待組網(wǎng)的各個節(jié)點中選擇一個節(jié)點，由該節(jié)點開始廣播“簇頭廣播報文”，為該節(jié)點上的“等待加入簇請求報文定時器”設(shè)置超時時間，然后將自身狀態(tài)設(shè)置為“正在申請成為簇頭”；

步驟2)、待組網(wǎng)中除廣播“簇頭廣播報文”的節(jié)點外的其它節(jié)點在接收到“簇頭廣播報文”后，用ALOHA方式分別向發(fā)送“簇頭廣播報文”的節(jié)點回復(fù)“加入簇請求報文”，并將所接收的“簇頭廣播報文”中的源地址所代表的節(jié)點設(shè)為自己的簇頭節(jié)點，將節(jié)點的自身狀態(tài)修改為“簇成員”；

步驟3)、判斷廣播“簇頭廣播報文”的節(jié)點在“等待加入簇請求報文定時器”超時前是否收到任意一個“加入簇請求報文”，若收到，執(zhí)行下一步，否則，執(zhí)行步驟5)；