[发明专利]一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法

摘要

本发明公开一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，属于水声通信技术领域。本发明针对水声传感器网络中由于点对点水声通信不稳定而引起网络时延增大甚至瘫痪的问题，通过将相同的信号由不同的中继节点转发到同一个汇聚节点，从而得到不同信道为接收解码提供的空间分集增益，进而提高网络环境下水声通信的可靠性。本发明从水声传感器网络的应用特点出发，采用跨层式协议设计方法，将水声物理层通信技术与路由技术结合，同时实现了可靠的水声通信和中继节点的优化选择，显著提高了网络的协议效率。

主权项

一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在网络初始化时，浮标网关节点广播HELLO帧，HELLO帧含有字段：<源节点地址，距离网关节点的跳数HopCount，初始化序列号>；浮标网关节点的跳数HopCount等于0，每次网络初始化均有唯一的序列号；在网络初始化时，节点收到HELLO帧后，将HELLO帧的源节点地址添加在邻节点表中，并记录HopCount作为新添加的邻节点的跳数，然后更新源节点地址；判断接收到的初始化序列号是否与本地存储的初始化序列号相同：如果不同，更新本地初始化序列号，并且将本地跳数设置为HopCount加1，然后将HopCount加1后继续广播HELLO帧；如果相同，记录相应的跳数HopCount，如果HopCount小于本地跳数，就将本地跳数设置为HopCount加1，并将HopCount加1后继续广播HELLO帧，否则，丢弃该HELLO包，这样每个节点就获得了本地跳数、邻节点地址及其跳数；步骤2：当网络中某个节点S有数据需要发送给浮标网关节点时，先发送PING帧，PING帧含有字段：<源节点地址，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList1>，备选下一跳节点是节点S的邻节点表中跳数等于HC(S)减1的节点，HC(S)是节点S的跳数；步骤3：当节点Y收到PING帧后，如果节点Y在PING帧的备选下一跳节点列表NHList1中，则返回ECHO帧，否则丢弃该PING帧；ECHO帧含有字段：<源节点地址，接收信噪比SNR，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList2，通信成功率列表SRList>，接收信噪比SNR是由Y接收PING帧时计算得到的，备选下一跳节点是节点Y的邻节点表中跳数等于HC(Y)减1的节点，HC(Y)是节点Y的跳数，通信成功率列表SRList是Y与NHList2中各节点对应的历史成功通信率；步骤4：当节点S收到所有返回的ECHO帧后，对NHList2的内容进行判断：如果各个NHList2之间存在交集U，计算权重因子：Qj=ΣiSRij*SNRi,i∈NHList1,j∈U---(1)]]>式中SNRi表示节点i的接收PING帧的信噪比，SRij表示节点i到节点j的通信成功率，选取使Qj值达到最大的1个汇聚节点和n个中继节点，节点S在发送DATA帧之前，先发送一个短帧WAKE1，用于通知中继节点准备接收后续的DATA帧，WAKE1含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，中继节点列表RelayList，DATA帧源地址，DATA帧序列号>；如果各个NHList2之间不存在交集U，计算权重因子：Qj＝SRij*SNRi,i∈NHList1,j∈NHList2  (2)选取Qj值最大的1条路径作为S的唯一传输路径，发送DATA帧；步骤5：当节点收到WAKE1后，如果该节点在中继节点列表RelayList中，则接收后续的DATA帧，对DATA进行解码：如果不能正确解码DATA帧，并且接收信噪比超过转发门限，则先发送一个短帧WAKE2，用于通知汇聚节点准备接收后续的DATA帧，再将接收到的DATA帧信号放大后转发，WAKE2含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，DATA帧源地址，DATA帧序列号>；如果DATA帧信噪比小于转发门限，则放弃；如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，当汇聚节点收到ACK1帧后，放弃接收其它中继节点转发的相同DATA帧；当其它中继节点收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧，当源节点收到ACK1帧后，统计历史通信成功率，计算公式为：步骤6：当节点收到WAKE2后，如果该节点是汇聚节点，则等待接收所有转发的DATA帧后，通过对多个DATA帧接收信号进行合并处理以提高解码成功率，如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，然后汇聚节点继续转发DATA帧，重复步骤2‑步骤6，直到DATA帧到达浮标网关节点；如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，中继节点收到ACK2或NACK后转发，当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤2‑步骤6，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧。