水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中充分利用時(shí)間資源的數(shù)據(jù)收發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前探索海洋，開發(fā)海洋的有力工具，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了 廣泛的使用，如海洋環(huán)境監(jiān)測，石油資源開發(fā)，軍事偵察等方面。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn) 使用聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，面臨著信號傳播速度慢，衰減大，帶寬窄等缺點(diǎn)，且部署水下傳 感器網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)也受到了能耗的限制。為了確保節(jié)點(diǎn)能無沖突地接收 數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)收發(fā)流程要求監(jiān)聽到其他節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入退避狀態(tài)，推遲 自己的發(fā)送進(jìn)程。但在實(shí)際情況中，報(bào)文的接收時(shí)間僅持續(xù)數(shù)秒，其余時(shí)間報(bào)文均在信道中 傳輸，并未到達(dá)節(jié)點(diǎn)。因此在這段空閑時(shí)間內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)仍可進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送過程，目前的收發(fā) 流程沒有充分利用這些時(shí)間，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對目前現(xiàn)有水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收發(fā)流程存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明在RTS-CTS協(xié) 議的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，考慮收發(fā)節(jié)點(diǎn)的相對位置，設(shè)計(jì)了一種允許兩對節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù) 收發(fā)的方案，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0004] 一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中充分利用時(shí)間資源的數(shù)據(jù)收發(fā)方法，各個(gè)節(jié)點(diǎn)在通信過程 中發(fā)送四類報(bào)文，分別為RTS，CTS，DATA和ACK報(bào)文，RTS，CTS和ACK報(bào)文的報(bào)文格式固定， 設(shè)此三類報(bào)文的持續(xù)時(shí)間相等，均為T，在RTS報(bào)文中含有發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信 息，本輪發(fā)送過程中DATA報(bào)文的持續(xù)時(shí)間TDATA信息，在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中有兩對準(zhǔn)備進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)，分別為主節(jié)點(diǎn)對和次級節(jié)點(diǎn)對，每對節(jié)點(diǎn)又可分為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)， 發(fā)送節(jié)點(diǎn)需將自己的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)處，則此兩對準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收 發(fā)方法為：
[0005] (1)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置固定，所有節(jié)點(diǎn)均已知自己的位置坐標(biāo)， 獲得各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的傳輸時(shí)延；
[0006] (2)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)同步，所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘保持一致，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)送 的信號的覆蓋范圍相同；
[0007] (3)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)使用RTS-CTS握手流程，主節(jié)點(diǎn)對中，發(fā)送 節(jié)點(diǎn)先發(fā)送RTS報(bào)文請求傳輸，接收節(jié)點(diǎn)收到RTS報(bào)文后回復(fù)CTS報(bào)文，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；之 后發(fā)送節(jié)點(diǎn)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放置在DATA報(bào)文中進(jìn)行發(fā)送，收到DATA報(bào)文的接收節(jié)點(diǎn)回 復(fù)ACK對傳輸過程經(jīng)行確認(rèn)；與此同時(shí)次級節(jié)點(diǎn)對同樣會接收到RTS報(bào)文，根據(jù)報(bào)文中主節(jié) 點(diǎn)對的位置信息，獲得各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間占用情況，計(jì)算出禁止次級節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文的時(shí)間段， 根據(jù)禁止發(fā)送的時(shí)間段，次級節(jié)點(diǎn)對合理安排自己的發(fā)送時(shí)間，以避免報(bào)文沖突。
[0008] 本發(fā)明充分利用了空閑的時(shí)間資源，在確保不對其余節(jié)點(diǎn)的報(bào)文收發(fā)產(chǎn)生干擾的 情況下，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息靈活地安排報(bào)文的發(fā)送時(shí)間，以提高 時(shí)間資源的利用率。
【附圖說明】
[0009] 圖1.現(xiàn)有收發(fā)方案中時(shí)間資源未被充分利用
[0010] 圖2.主節(jié)點(diǎn)對和次級節(jié)點(diǎn)對的相對位置關(guān)系，（1)-(7)各為一種相對位置關(guān)系圖
[0011] 圖3.主節(jié)點(diǎn)對（A，B)間的通信分別占用了次級節(jié)點(diǎn)對（C，D)的四個(gè)時(shí)間段
[0012] 圖4.新方案示例
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的方案需要節(jié)點(diǎn)在通信過程中發(fā)送四類報(bào)文，分別為RTS，CTS，DATA 和ACK報(bào)文。由于RTS，CTS和ACK報(bào)文的報(bào)文格式固定，因此這三類報(bào)文在水下信道中的 持續(xù)時(shí)間也固定，可以假定這三類報(bào)文的持續(xù)時(shí)間相等，均為T。其中在RTS報(bào)文中含有發(fā) 送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，本輪發(fā)送過程中DATA報(bào)文的持續(xù)時(shí)間TDATA等信息。
[0014] 現(xiàn)以節(jié)點(diǎn)A,B為主節(jié)點(diǎn)對，節(jié)點(diǎn)C,D為次級節(jié)點(diǎn)為例對本發(fā)明涉及到的方法進(jìn)行 說明。在主節(jié)點(diǎn)對中，節(jié)點(diǎn)A為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)B為接收節(jié)點(diǎn)；在次級節(jié)點(diǎn)對中，節(jié)點(diǎn)C為發(fā) 送節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)D為接收節(jié)點(diǎn)。
[0015] 在無線通信中，無線信號所覆蓋的范圍形成沖突域。在沖突域內(nèi)，信號的強(qiáng)度較 大，可以被其他節(jié)點(diǎn)接收，會對其他信號的發(fā)送接收產(chǎn)生影響；而在沖突域之外，信號的強(qiáng) 度較小，因此可以認(rèn)為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信號在此不會對其他信號的接收產(chǎn)生干擾。在三維空間 內(nèi)沖突域可近似為一個(gè)球形。在二維平面內(nèi)沖突域可以簡化為一個(gè)圓。在三維空間的分析 過程與二維空間類似，下文以二維平面進(jìn)行說明。如圖1所示，設(shè)本發(fā)明所涉及到的各個(gè)節(jié) 點(diǎn)的沖突域大小相同，均用半徑為R的圓表示。
[0016] 節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的沖突域?qū)⒄麄€(gè)二維平面劃分為四個(gè)部分，其中節(jié)點(diǎn)C在節(jié)點(diǎn)A的 沖突域中，因此可以接收到節(jié)點(diǎn)A發(fā)出的RTS報(bào)文。從中節(jié)點(diǎn)C可獲取發(fā)送節(jié)點(diǎn)A和接收 節(jié)點(diǎn)B的地址以及DATA報(bào)文的持續(xù)時(shí)間tDATA，從而可知A，B間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜苛鞒蹋?即各個(gè)開始報(bào)文發(fā)送的時(shí)刻以及報(bào)文到達(dá)的時(shí)刻。具體時(shí)刻可用t表示。t的下標(biāo)由三部 分組成，第一部分表示該報(bào)文的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，第二部分表示這是該報(bào)文到達(dá)哪個(gè) 節(jié)點(diǎn)時(shí)的時(shí)刻，第三部分表示報(bào)文的類型，共有RTS，CTS，DATA，ACK四類。以發(fā)送節(jié)點(diǎn)A向 接收節(jié)點(diǎn)B發(fā)送的DATA報(bào)文為例，該DATA報(bào)文到達(dá)節(jié)點(diǎn)B的時(shí)間可表示為tABiBiDATA。節(jié)點(diǎn) A，B之間的發(fā)送流程已經(jīng)確定，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送和接收之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間也固定不變，因此這些時(shí) 間不會發(fā)生改變。節(jié)點(diǎn)C，D要想充分利用A，B之間的空閑時(shí)間，就必須避開這些已經(jīng)確定 的時(shí)間段，否則會發(fā)生報(bào)文沖突，影響網(wǎng)絡(luò)的通信性能。
[0017] 節(jié)點(diǎn)C，D在不同位置下，C，D間的信號對A，B可能產(chǎn)生干擾的情況也不盡相同，如 圖2所示，具體有如下幾種情況：
[0018] (1)A，C節(jié)點(diǎn)會相互影響
[0019] (2)A，C節(jié)點(diǎn)和B，C節(jié)點(diǎn)相互影響
[0020] (3)A，C節(jié)點(diǎn)和A,D節(jié)點(diǎn)會相互影響
[0021] (4)A，C節(jié)點(diǎn)，B，C節(jié)點(diǎn)，B，D