[發明專利]一種面向無人平臺組網的柔性高效多址接入協議設計方法

有效

• 申請號: 202011397281.0
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112672432B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 熊省軍;朱小輝;王超;王楨鐸;周武;杜鵬宇
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08;H04B13/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明針對無人平臺組網面臨通信速率低、鏈路不穩定、端到端時延大等帶來網絡傳輸效率低的問題，提出了一種面向無人平臺組網的柔性高效多址接入協議，該協議分別從避免雙向來回握手過程、減少控制幀傳輸和降低自動重傳概率等角度出發，設計了控制幀與數據幀頻分復用并發傳輸機制、幀復用機制、雙頻段偵聽與柔性切換機制，顯著提高多址接入協議的傳輸效率，且協議簡單易實現，具有較高實用性。

技術領域

本發明涉及水聲通信組網技術領域，主要是一種面向無人平臺組網的柔性高效多址接入協議設計方法。

背景技術

海洋是蘊藏資源的寶庫，當前，隨著陸地資源枯竭，海洋開發已成為本世紀經濟增長點，伴隨科學技術進步，大數據、人工智能和信息化將成為經濟增長引擎的助推劑，而水聲通信網絡技術是海洋信息化的關鍵支撐技術，越來越受到廣泛關注。

按照節點部署形式劃分，水聲通信網絡可分為固定式、機動式和固定與機動混合式，按業務方向劃分，可分成傳感器網絡和數據傳輸網絡。水聲通信網絡普遍采用開放式分層體系架構，主要集中在物理層水聲通信、鏈路層多址接入(MAC)協議和網絡層路由協議等技術研究。MAC協議主要解決多個用戶怎樣接入網絡并合理有效的利用信道，通常來說，水下通信網絡的MAC層協議可分為調度型協議和競爭型協議，其中調度型協議主要有FDMA(頻分)、TDMA(時分)和CDMA(碼分)復用的方式用以固定分配和利用信道資源，它們的優勢在于一開始規定了預設通信順序和方式，輪流接入信道占用資源時可以盡量大的程度上降低數據包之間的碰撞以降低丟包率；競爭型MAC協議的研究主要集中在基于信道預留競爭協議和基于握手機制方式的競爭協議。

因噪聲、時變、多徑水聲信道條件，無人平臺組網面臨通信速率低、鏈路不穩定、時延大、節點動態擴展等問題，MAC協議應具備可擴展性、低延時和高傳輸效率特點，調度型MAC協議比較適用于固定式網絡，而競爭型MAC協議比較適合機動式無人平臺組網。目前，MACAW(MACA for Wireless)協議為典型的競爭型MAC協議之一，該協議采用載波偵聽和隨機退避機制，在傳輸數據前進行一次RTS(Request to send)幀與CTS(Clear to send)幀握手以避免數據沖突，通過ACK(Acknowledgement)確認幀釋放信道占用權，并使得通信網絡在信道傳輸誤碼率相對高時提高吞吐量，但額外的RTS-CTS握手機制增加了系統開銷，尤其對水聲通信網絡而言，由于聲速低導致的來回握手消耗的時間嚴重拉長了端到端延時，進而降低了傳輸效率，并且當信道傳輸條件較差時，往往通過自動重傳實現差錯控制，頻繁地來回握手進一步降低了網絡傳輸效率

發明內容

本發明針對MACAW協議傳輸效率低的問題，分別從避免雙向來回握手過程、減少控制幀傳輸和降低自動重傳概率等角度出發，提出一種面向無人平臺組網的柔性高效的多址接入協議設計方法，該協議相比傳統MACAW協議而言，有效提高了多址接入協議的傳輸效率。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。一種面向無人平臺組網的柔性高效的多址接入協議設計方法，它包括以下關鍵環節：

(1)控制幀與數據幀頻分復用并發傳輸機制

傳統MACAW協議依賴RTS-CTS握手機制避免沖突，數據每跳傳輸必須RTS、CTS、DATA、ACK等幀按序進行，存在2次來回雙向握手傳輸過程，傳輸時延大，傳輸效率低。本發明將通信頻段等分成兩個獨立頻段，分別用于控制幀(包括RTS幀、CTS幀和ACK幀)和數據幀(DATA幀)傳輸，采用頻分復用接入方式，使得控制幀與數據幀無干擾并發傳輸，并允許中繼節點在收到上一跳節點的數據幀后立即轉發至下一跳節點，無需握手等待過程，從而極大提高協議傳輸效率。

(2)幀復用機制