[發明專利]一種軟件定義的多任務水聲通信網絡協議設計方法

在審

• 申請號: 202110789899.X
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113676346A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 王楨鐸;周武;謝哲;王超;張宏滔
• 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: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/741;H04L29/06;H04B1/69;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

本發明公開了一種軟件定義的多任務水聲通信網絡協議設計方法。該方法通過媒質控制信息以及路由控制信息握手信息交互的形式，依據不同網絡任務的優先級在線更改水聲通信網絡的調制解調方式、媒質控制協議以及路由協議，實現軟件定義水聲通信網絡的協議控制。在網絡運行中，運用軟件定義的方式進行水聲通信網絡的協議設計，可在同一套水聲網絡基礎設施上支持多樣化的網絡任務，提高網絡資源利用率，并支持新協議、新技術的靈活插入及測試。

技術領域

本發明涉及水聲通信網絡領域，具體涉及軟件定義水聲通信網絡的網絡協議設計方法。該方法可用于多任務水聲通信網絡協議設計，實現基于軟件定義的水聲通信網絡協議控制。

背景技術

傳統的水聲通信網絡采用了計算機及陸上無線通信網絡的分層架構設計，并根據水聲通信網絡應用任務的實際狀況，建立了基于物理層、媒質控制層以及網絡層的水聲通信網絡架構，同時在網絡的每個層運行固定的網絡協議。在水聲通信網絡中，常見的物理層調制解調方式主要包括擴頻、頻移鍵控以及正交頻分復用等；常見的媒質控制協議主要包括隨機訪問的ALOHA協議，握手預約的MACA協議，以及時分復用的TDMA協議等；常見的路由協議主要包括基于按需路由的DSR協議及AODV路由協議，以及進行簡單復制轉發的洪泛路由協議等。握手預約的媒質控制協議大致工作流程為發送節點先向接收節點發送請求發送信息，等待接收節點回復允許發送信息即握手成功后，發送節點再進行數據發送；按需路由的發現過程大致為發送節點首先發送路由請求信息，待收到路由回復信息時表明路由已經建立完畢，此時發送節點產生的網絡數據則依據發現的路由進行多跳傳輸。在具體的數據傳輸過程中，當發送節點產生了網絡層應用任務數據后，傳遞至媒質控制層確定相應的媒質控制協議，并最終傳遞至物理層進行調制發送；接收節點完成數據接收后，物理層首先進行正確解調并將信息上傳至媒質控制層，媒質控制層再將有效網絡負載數據上傳至網絡層，從而完成了網絡中信息從發送節點到接收節點的傳輸。此外，水聲通信網絡中定時器的作用是保證節點在結束當前操作后需在定時器有效時間內得到相應節點的回復，否則重新執行或放棄當前操作。

隨著水聲通信網絡的發展，海洋觀測、探測數據傳輸、水下定位導航等網絡任務對水聲通信網絡在數據傳輸、網絡延遲、網絡資源消耗等方面產生了多樣化的應用任務需求，也對水聲通信網絡的技術及協議本身提出了更高的要求。然而，傳統的水聲通信網絡在物理層、媒質控制層以及網絡層均通過預先設定的方式運行固定的網絡協議，這種協議設計的弊端是水聲通信網絡只能應對單一的網絡應用任務，不具備網絡資源動態分配部署能力，從而無法應對變化發展的網絡應用任務需求。同時，固定的網絡結構也導致新技術、新協議無法得到便捷測試與應用，阻礙了水聲通信網絡技術的發展。

軟件定義網絡是一種新型的網絡架構，目前已在計算機網絡中得到應用。計算機網絡中的軟件定義協議設計方法是將網絡的控制功能從各個層中分離，形成統一且集中的控制策略，并通過軟件的方式實現網絡資源的集中控制與管理部署。這種軟件定義的網絡架構能在不改變網絡硬件設備的前提下，基于中央控制的方式使用軟件重新定義和規劃網絡，實現了針對不同網絡應用任務的網絡資源靈活調配及按需服務，提升了網絡控制的靈活性。

綜上可見，面對日益增長的水聲通信網絡多任務需求，如何通過軟件定義的方式進行水聲通信網絡的協議設計，形成基于軟件的統一控制方式，從而實現網絡資源的動態部署，以及對多樣化網絡任務的支持，并支持新協議、新技術的靈活插入及測試，已成為水聲通信網絡領域技術人員一個迫切需要解決的重要問題。

發明內容

針對現有水聲通信網絡協議設計所存在的上述技術問題，本發明提供了一種軟件定義的多任務水聲通信網絡協議設計方法，運用軟件定義的方式進行水聲通信網絡的協議設計，可在同一套水聲網絡基礎設施上支持多樣化的網絡任務，提高網絡資源利用率，并支持新協議、新技術的靈活插入及測試。