[发明专利]一种基于预调度流水线方式的水声传感器网络数据传输方法

说明书

本发明公开了一种基于预调度流水线方式的水声传感器网络数据传输方法。该方法使用了一种RTS‑CTS‑DS‑DATA‑ACK信息交换策略，数据传输分为预调度过程和流水线过程，预调度过程中节点之间运用自身的TSW和TLW列表进行数据传输时隙的选择，流水线过程在预调度的基础上使用信号复用机制，在单对单节点传输时，将发送节点的DATA信号同时作用为发送给下一跳节点的DATA信号和发送给上一跳节点的ACK确认信号，在单对多节点传输时，将发送节点的DATA信号同时作为发送给下一跳节点的DS信号，以及将发送节点的DS信号同时作用为发送给某个下一跳节点的RTS信号。在实际水声传感器数据分发实验中，本发明可以降低数据传输延迟，提高数据传输吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种基于预调度流水线方式的水声传感器网络数据传输方法。

背景技术

地球表面超过三分之二的面积被水覆盖，大部分海洋资源未被开发，由于水下环境的复杂性，与陆上无线电信号相比，水声信号的传输面临更多困难，有限的传输带宽、较低的数据传输速度、较大的数据传播时延、多路径传播的时变性、繁杂的环境噪音，多普勒频移等问题都对水声传感器网络的设计和实现构成挑战。

在以上提到的这些缺点中，较大的传播时延是MAC层最难处理的问题。水下传播时延过大的一个原因是水下声波传播速率非常低，大约为1500m/s，比陆上无线电传播的速度慢了五数量级。作为对比，陆上无线电传播每1km产生3.3μs的传播时延，而对于水声网络来说却是670ms，同时水声网络的数据传输率也比陆上无线电数据传输率低数个数量级。因此，较高的传播时延和低数据传输率，是当今影响水声通信网络最重要的两个因素。在大多数陆上无线电通信网络中，相对传播时延一般小于1，而在水声通信网络中传播时延往往大于1。在水声通信网络中，高传播时延使得许多当代MAC协议和流控技术在水中效率极低甚至失效。

当相对传播时延过大时，载波侦听提供失效信息和实时协商，对于虚拟载波侦听技术，由于信道利用率很低，在协议协商阶段，大量的时间就被往返传播浪费，从这点来看，CSMA协议并不适用于水声传感器网络。其中ALOHA协议由于出众的吞吐率和简易性使其适用于水声网络。但是ALOHA协议在水声网络中并不能很好地增加水声网络使用效率和信道利用率，本文所介绍的预调度方法就是一个很好的策略。

本发明提出了一种预调度流水线数据传输方法，该方法通过时隙协商，在源节点和目的节点间安排未来数据传输的时间，并在传输过程中进行信号复用，形成一种预调度流水线的传输模式。本方法能对传输过程中时隙的使用进行合理的分配，减少传输过程中不必要的握手及接收确认的等待时间，使整体传输效率显著提升。

发明内容

本发明提供了一种基于预调度流水线方式的水声传感器网络数据传输方法,来降低节点间数据传输总延时，以实现数据的高效传输，提高信道的利用率。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于预调度流水线方式的水声传感器网络数据传输方法，该方法包含以下步骤：

发送节点发送携带有发送节点TSW列表的RTS信号给下一跳节点，下一跳节点接收RTS确定完时隙后将所选时隙写入TLW列表并发送CTS信号返回发送节点；

发送节点接收到CTS信号后在本地TSW列表中进行标记，并将DS信号给周围所有节点，用来声明未来某个时隙将进行数据传输；

若发送节点还需给其余节点进行数据传输，则该DS信号复用为另一节点的RTS信号，并在传输数据前完成另一节点的CTS接收，并将发送给下一节点的DATA信号复用为传输给另一节点的DS信号；

下一跳节点在回馈给发送节点CTS信号的同时，该CTS信号复用为下一跳节点对下下跳节点的RTS信号，同时下下跳节点在回馈CTS信号的同时，将CTS信号复用为对下下下跳节点的RTS信号；