[發(fā)明專利]基于無人船的動態(tài)接入水聲通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610986882.2
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106850082A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李剛生;高寶儒;張玲;劉蘭軍;金久才
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L12/24;H04L29/06;H04W24/06;H04W84/18
• 代理公司: 山東重諾律師事務(wù)所37228
• 代理人: 劉明鋒

1.基于無人船的動態(tài)接入水聲通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征是：所述方法按照無人船通信時的運動狀態(tài)，設(shè)計了無人船移動模式和固定模式協(xié)議方法，所述無人船移動模式協(xié)議方法是基于無人船移動特性的混合協(xié)議，在刷新重組階段中，采用隨機競爭協(xié)議，無人船作為簇頭，水聲節(jié)點向無人船發(fā)送J/L/S短幀包進行預(yù)約，刷新重組成簇；在數(shù)據(jù)傳輸階段，改進時分多址協(xié)議，對無人船移動引起的偏差加入了個性化時間補償方案；所述無人船固定模式協(xié)議方法是以通信距離強度模型為基礎(chǔ)，以通信消耗模型和回收信息量模型為性能衡量指標(biāo)，確定不同水聲通信能力、節(jié)點接入方式、協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸周期和無人船航行路徑對水聲監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)回收性能的影響，設(shè)計接入?yún)f(xié)議參數(shù)，實現(xiàn)能效最優(yōu)的數(shù)據(jù)回收。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無人船的動態(tài)接入水聲通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征是：所述無人船移動模式協(xié)議方法，其數(shù)據(jù)通信幀結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)包時隙為：

$T_d=\frac{L}{r}---\left(1\right)$

式(1)中，L為數(shù)據(jù)包長度，r為水聲節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸率；

時分多址協(xié)議中水聲節(jié)點的保護時隙為：

$\mathrm{\Φ}(T_p/\mathrm{\σ})=\frac{2}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{T_p}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}(T_d+T_p)---\left(2\right)$

式(2)中，σ為水聲環(huán)境中的時延抖動，其隨距離增大而增大；

時分多址協(xié)議中，每個水聲節(jié)點接收到無人船Broadcast幀后的延時時間為：

式(3)中，d_i為每個水聲節(jié)點與無人船間的距離；

個性化時間補償時隙為：

式(4)中，v_USV為無人船的航行速度，c為聲波的速度，T_p(k)為第k個節(jié)點的保護時隙，d₁為最近的水聲節(jié)點與無人船間的距離；

$DTP=\frac{L_{total}}{N_c\×L_d}---\left(5\right)$

式(5)中，L_total為當(dāng)前簇內(nèi)數(shù)據(jù)報包總長度、L_d單個數(shù)據(jù)包長度，N_c當(dāng)前簇內(nèi)的水聲節(jié)點數(shù)目；

移動模式協(xié)議方法步驟：

M1：無人船按規(guī)定路徑自主航行，勻速行駛進入水聲傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；

M2：無人船作為簇頭，水聲節(jié)點采用隨機競爭協(xié)議，開始進行刷新重組階段；

M3：無人船廣播喚醒信號s_w，在通信范圍內(nèi)且準(zhǔn)備開始傳輸數(shù)據(jù)的水聲節(jié)點處于Wakeup狀態(tài)，傳輸數(shù)據(jù)完畢或沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點處于Idle狀態(tài)，傳輸數(shù)據(jù)還未結(jié)束的節(jié)點處于Stay狀態(tài)；

M4：處于wakeup狀態(tài)的節(jié)點，采用隨機退避算法發(fā)送Join信號，處于Idle狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送Leave信號或不發(fā)送信號，處于Stay狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送Stay信號；

M5：發(fā)送Join信號和Stay信號的節(jié)點ID加入current_cluste_list列表，發(fā)送Leave信號的節(jié)點移除current_cluste_list列表；

M6：無人船根據(jù)current_cluste_list列表更新成簇，更新后的簇內(nèi)節(jié)點采用改進時分多址協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸階段；

M7：根據(jù)current_cluste_list列表中的水聲節(jié)點信息，廣播Broadcast信號進行分配時隙，計算公式見公式(2)-(4)；

M8：簇內(nèi)節(jié)點接收到Broadcast信號后，在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，其余時隙處于Listen狀態(tài)；

M9：簇內(nèi)節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸DTP次，計算公式見公式(5)；

M10：無人船勻速按設(shè)計軌跡自主航行，重復(fù)刷新重組步驟M3到M5和數(shù)據(jù)傳輸步驟M7到M9，直到滿足數(shù)據(jù)回收要求，無人船停止航行。