[发明专利]一种基于水声和无线电混合信道的对等网络

权利要求书

1.一种基于水声和无线电混合信道的对等网络，该网络包括：若干水面节点和若干水下节点；其特征在于，该网络中的每一个节点在信息的传输上具有同等能力；所述的对等网络采用集中管理与相关控制信息颁发机制，选任一水面节点作为中心节点负责管理监控整个网络；在系统初始化或者拓扑结构发生变化时，中心节点将根据网络系统实时的连接情况计算各个节点的本地路由表，然后，由近及远地将这些路由表发送给对应节点；在通信过程中，各节点在接收到一帧数据后，根据帧头中的地址信息及本地路由表来判断其转发路径，实现网络中任意两节点对等通信；其中，所述的中心节点管理监控包括：网络拓扑结构变化、路由转发表到各节点颁发、水下节点接入管理和各网络节点工作运行情况。

2.根据权利要求1所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的中心节点通过获取各个节点的位置来监控网络拓扑结构变化。

3.根据权利要求1所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的水面节点通过GPS查询其位置。

4.根据权利要求1所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的水下节点与其他节点通信时，数据帧的帧头中加入发送时间信息，该水下节点附近的水面节点收到此数据帧，解析此帧头，将接收时间与发射时间进行对比，参照工作海区的声速，计算得出收发两点间的距离；水面节点得到其与任一水下节点距离后，通过无线电将此距离发送给中心节点，中心节点通过至少三个水面节点到该水下节点的距离及对应水面节点的位置计算出该水下节点的位置；并根据节点位置的变化情况决定是否更改网络拓扑结构和各个节点的路由表。

5.根据权利要求4所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的水下节点在下潜前进行系统时间校正。

6.根据权利要求1所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的水下节点处在运动状态且未与其他节点通信时，该水下节点在移动过程中将定时发送特定的接入信号，邻近的水面节点利用该信号计算与水下该节点的距离，该信号无需回复，中心节点由此定时更新该水下节点的位置变化，从而决定是否需要根据新的网络拓扑连接更新各个节点的路由表。

7.根据权利要求6所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的发送特定的接入信号时，水下节点在发送前需要对信道进行监听，如果附近有其他节点进行通信，则进行随机规避；只有信道空闲时，发送该接入信号。

8.根据权利要求1所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的对等网络的数据链路层MAC层协议采用基于MACAW优化改进的S型单信道共享协议，加入了非确认帧NACK，并去除了DS帧。

9.根据权利要求8所述的基于水声和无线电混合信道的对等网络，其特征在于，所述的发送节点和所述的接收节点一次具体收发工作步骤包括：

步骤1)：所述的发送节点和所述的接收节点均处在IDLE状态，默认工作状态为接收状态；在该状态下如果收到其他节点间通信的信号，则跳转到QUIET状态进行随机规避；所述的发送节点在IDLE状态下有数据帧向所述的接收节点发送，则跳转到CONTEND状态，设置监听定时器并对信道进行一段时间的监听；

步骤2)：所述的发送节点在监听期间如果接收到其他节点发来的RTS，则向其发送CTS，并进入WFDATA状态；如果收到其他节点间通信的信号，包括监听到非本系统的载波信号，则跳转到QUIET状态进行随机规避；

步骤3)：如果监听定时器超时则表示发送节点竞争成功，向所述的接收节点发送RTS，并跳转到WFCTS状态；同时启动等待CTS定时器，定时器设置为2T_max+T_cts；其中，T_max为根据节点最大通信距离计算出的传播延迟，T_cts为CTS帧的时间长度；

步骤4)：所述的接收节点在IDLE状态下收到发送节点的RTS，则向发送节点回复CTS并跳转到WFDATA状态；同时启动等待DATA定时器，定时器设置为2T_max+T_data，其中，T_data为DATA帧的时间长度；

步骤5)：所述的发送节点收到等待中的CTS后，向接收节点发送DATA帧，并跳转到WFACK状态；同时启动等待ACK定时器，定时器设置为2T_max+T_ack；其中，T_ack为ACK帧的时间长度；如果收到其他节点间通信的信号，则跳转到QUIET状态进行规避；

步骤6)：所述的接收节点收到正确的DATA后，向发送节点回复ACK，并跳转回IDLE状态，重新开始接收其他数据；如果等待超时或者收到错误的数据帧，并且重传次数没有达到指定的上限值，则向发送节点发送NACK，要求发送节点重传，同时重设置定时器为2T_max+T_data；如果重传次数达到上限，则放弃接收，跳转回IDLE状态，重新准备开始接收数据；

步骤7)：所述的发送节点在WFACK状态下如果收到ACK，表示本次数据传输已经完成，则跳转回IDLE状态重新开始数据收发；如果收到NACK，则重新向接收节点发送DATA，同时设置定时器时间为2T_max+T_ack；

步骤8)：除了在CONTEND状态以外，如果设置的定时器超时，则跳转到IDLE状态，重新开始数据收发。