[发明专利]应用于水下声通信网络的通信方法

说明书

本发明公开了一种应用于水下声通信网络的通信方法，涉及水声通信技术领域。方法包含如下步骤：网络进行初始化，建立网络拓扑结构信息；保留两级相邻节点表，通过向邻近节点发送询问广播的方式，排除空节点，简化网络节点结构；发送数据先判断数据中是否包含路径信息，没有则先建立传送路径；通过RTS‑CTS握手过程完成数据传送；当目标节点不在相邻节点表范围时，通过询问边缘节点方式增加下两级相邻节点表；通信节点在每次通信完成后保留激活时间窗口，在激活时间内，无须唤醒信号，节点可进行数据发送；目标节点接收数据，在收到RTS信息后，侦听信道状态，在判断信道未被占用的情况下发送CTS信息，随后接收数据，成功后发送ACK信息；定期更新相邻节点表。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，具体涉及一种应用于水下声通信网络的通信方法。

背景技术

水声通信网是由布放在海底、海中的传感器节点(包括固定的传感器节点和装载传感器的移动平台)和海面浮标节点以及它们之间的单/双向声链路组成的分布式、多节点、大面积覆盖水下三维区域，可以对信息进行采集、处理、分类和压缩，并可以通过水下节点以中继方式回传到陆基或船基的信息控制中心的综合系统。

水声通信信道特性复杂，存在多径、衰减、声速低、带宽小等问题。

多径问题：声波在传播过程中会有很多的反射、衍射、折射等。信号从发射端发出后，会通过很多条路径到达接收端，造成码间干扰(ISI)，通常多径特性是时变的，进一步增加了通讯的困难。

衰减问题：声波在水下传输过程中的能量衰减主要包括扩散和吸收。扩散是指随着声波的传播，波面越来越大，能量越来越分散。吸收是指声波传播路径中，介质的阻尼效应对能量的耗散。如果水质混浊，还存在严重的散射问题。衰减问题限制了声波的传输距离，从而限制了声学通信距离。

声速问题：相比电磁波，声波在水下的传播速度很慢，因此通信节点间会有极大的延迟，增加通信碰撞的概率，降低了通信的可靠性，同时也限制了水下网络的吞吐量。

带宽小：由于换能器带宽有限以及高频信号衰减速度快，适合水下声学通信的可用带宽较窄，一般不会超过20kHz，所以声学通信数据率一般也较低，通常在10kbps以内，低数据率会延长信道的占用时间、造成通信的延迟。

为了协调多个节点间的通信，需要水下网络协议的支持，现有的无线网络协议(如IEEE 802.11)没有考虑水声通信上述的特点，如果直接应用于水声通信网络，无法保证通信质量。如电磁波构建的相邻节点表完整、更新频率高，水下声通信速度慢，更新起来时间长，且耗费大量的能量。

由于很多水下通信节点通常由电池供电，布防成本较高，充电成本昂贵，对功耗要求比较苛刻，所以水下声通信网络使用的通信方法须在保证吞吐量的同时兼顾功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于水下声通信网络的通信方法，解决现有无线网络协议无法保证水下通信质量的问题，同时在保证吞吐量的同时最大限度的降低声通信网络系统的功耗。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种应用于水下声通信网络的通信方法，其特征在于包含如下步骤：

S1：网络进行初始化，建立网络拓扑结构信息；保留两级相邻节点表，通过向邻近节点发送询问广播的方式，排除空节点，简化网络节点结构；

S2：发送数据给特定节点，先判断数据中是否包含路径信息，如果没有，先建立传送路径；通过RTS-CTS握手过程完成数据传送；当目标节点不在相邻节点表范围时，通过询问边缘节点方式增加下两级相邻节点表；通信节点在每次通信完成后保留激活时间窗口，在激活时间内，无需唤醒信号，节点可进行数据发送；

S3：目标节点接收数据，在收到RTS信息后，侦听信道状态，在判断信道未被占用的情况下发送CTS信息，随后接收数据，成功后发送ACK信息；