本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間和功率聯(lián)合優(yōu)化的水聲網(wǎng)絡(luò)通信方法。

背景技術(shù)：

水聲通信網(wǎng)絡(luò)在水下勘探、水下石油開采、戰(zhàn)術(shù)監(jiān)控、污染監(jiān)測、海嘯預(yù)警、輔助導(dǎo)航、生態(tài)監(jiān)控等方面有著廣泛的用途，隨著海洋的探索和資源開發(fā)利用等活動的增加，對高性能水聲通信網(wǎng)絡(luò)的需求將越來越大。但水聲信道頻帶窄、延時長、能量有限等特點(diǎn)使得水聲網(wǎng)絡(luò)的通信性能受到很大的限制，絕大部分在陸上表現(xiàn)良好的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不能直接應(yīng)用于水下，需要針對水下環(huán)境的特點(diǎn)對現(xiàn)有協(xié)議進(jìn)行修改或重新設(shè)計。其中，媒體控制接入(MAC)協(xié)議的合理設(shè)計是提高水聲網(wǎng)絡(luò)性能的重要途徑之一。

基于握手的競爭MAC協(xié)議是水聲網(wǎng)絡(luò)中常用的技術(shù)，CSMA、MACA和FAMA等常用的水聲網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議均采用了握手機(jī)制。通過握手，水聲網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以減少沖突的發(fā)送，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)終端隱藏，以及獲得節(jié)點(diǎn)功率控制所需要的信息，從而更好的利用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但在現(xiàn)有的基于握手的水聲網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議中，受帶寬的限制，每個傳輸周期通常只有一對節(jié)點(diǎn)可以相互通信，這種串行的節(jié)點(diǎn)交互方式在長時延的水聲環(huán)境下存在以下不足：(1)等待信息到達(dá)的空閑時間在傳輸過程中占的比例較大且無法利用。在水下，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)需要較長的時間，在每個傳輸周期只有一對節(jié)點(diǎn)可以通信的情況下，等待信息到達(dá)的空閑時間無法利用，其在傳輸過程中占的比例越大，頻譜資源的浪費(fèi)越多。(2)多對節(jié)點(diǎn)的通信需要多個傳輸周期，多次的握手使得傳輸效率不高。由于聲波在水中的傳播速度低，握手過程往往需要較長的時間才能完成，多次的握手會顯著降低有用信息的傳輸效率。

為了解決上述問題，中國發(fā)明專利CN201410714302.5中提供了一種適用于競爭信道水聲網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)點(diǎn)快速通信方法，可以讓水聲網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點(diǎn)在同一個傳輸周期內(nèi)并行傳輸數(shù)據(jù)而不發(fā)生沖突，能有效地提高信道的利用效率，減少通信的平均時延。中國發(fā)明專利CN201610697973.4中提供了一種包含運(yùn)動節(jié)點(diǎn)的競爭信道水聲網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點(diǎn)并行通信方法，該方法根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的位置和速度信息來安排源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送時刻，使得包含運(yùn)動節(jié)點(diǎn)的水聲網(wǎng)絡(luò)能在同一個傳輸周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)多組節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的無沖突并行傳輸，能有效地提高信道的利用效率并減少通信的平均時延。中國發(fā)明專利CN201611159045.9中提供了一種節(jié)點(diǎn)發(fā)送順序優(yōu)化的競爭信道水聲網(wǎng)絡(luò)并行通信方法，該方法通過優(yōu)化一個傳輸周期中多個節(jié)點(diǎn)的發(fā)送順序及發(fā)送時間，能在實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)無沖突并行傳輸?shù)那疤嵯拢行У販p少一個傳輸周期所需的時間，從而提高信道利用效率。

上述方法均能有效提高現(xiàn)有基于握手的水下競爭MAC協(xié)議的性能，但仍存在以下不足：(1)這些方法在整個傳輸周期中都將網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成全連通網(wǎng)絡(luò)來處理，未能利用一些節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號相互影響較小的特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送的時間安排不夠緊湊，不能充分發(fā)掘節(jié)點(diǎn)通信時的并行性。(2)這些方法為了保持網(wǎng)絡(luò)的全連通，在整個傳輸周期中一直使用較高的固定功率進(jìn)行發(fā)送，不能根據(jù)通信節(jié)點(diǎn)間的距離來調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，能耗較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間和功率聯(lián)合優(yōu)化的水聲網(wǎng)絡(luò)通信方法，該方法通過控制節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，在數(shù)據(jù)傳輸階段將全連通網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為多個互不連通的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)獨(dú)立規(guī)劃節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間，子網(wǎng)間同時傳輸，子網(wǎng)內(nèi)并發(fā)傳輸，能有效地減少一個傳輸周期所需的時間，提高信道利用效率，降低能耗，可以廣泛用于各種基于競爭協(xié)議的水聲通信網(wǎng)、水聲傳感網(wǎng)等場合。

本發(fā)明提供的節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間和功率聯(lián)合優(yōu)化的水聲網(wǎng)絡(luò)通信方法，每個傳輸周期包含握手、傳輸、結(jié)束三個階段，具體包含以下步驟：

步驟1：當(dāng)信道空閑且有至少1個節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入握手階段。需要發(fā)起通信的源節(jié)點(diǎn)廣播RTS信令，相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)若同意通信，則廣播回復(fù)CTS信令，直至在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)再無新的RTS和CTS信令發(fā)出，握手階段結(jié)束。上述源節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)在發(fā)送RTS或CTS信令時，其發(fā)射功率大于或等于該節(jié)點(diǎn)能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離該節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。

步驟2：握手階段結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入傳輸階段，每個源節(jié)點(diǎn)采用相同的非隨機(jī)算法，計算所有源節(jié)點(diǎn)以能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率發(fā)送數(shù)據(jù)時網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)，并計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的時刻，計時至該時刻后，以上述最小發(fā)射功率向相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

步驟3：當(dāng)所有源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入結(jié)束階段，每個目的節(jié)點(diǎn)采用相同的非隨機(jī)算法，計算所有目的節(jié)點(diǎn)以能成功發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率發(fā)送信令時網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)，并計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)的時刻，計時至該時刻后，以上述最小發(fā)射功率向相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK或NACK信令。

上述步驟2中，1、一種節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間和功率聯(lián)合優(yōu)化的水聲網(wǎng)絡(luò)通信方法，該方法中每個傳輸周期包含握手、傳輸、結(jié)束三個階段，其特征在于具體包含以下步驟：

步驟1：當(dāng)信道空閑且有至少1個節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入握手階段；需要發(fā)起通信的源節(jié)點(diǎn)廣播RTS信令，相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)若同意通信，則廣播回復(fù)CTS信令，直至在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)再無新的RTS和CTS信令發(fā)出，握手階段結(jié)束；上述源節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)在發(fā)送RTS或CTS信令時，發(fā)射功率大于或等于該節(jié)點(diǎn)能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離該節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率；

步驟2：握手階段結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入傳輸階段，每個源節(jié)點(diǎn)采用相同的非隨機(jī)算法，計算所有源節(jié)點(diǎn)以能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率發(fā)送數(shù)據(jù)時網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)，并計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中能無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的時刻，計時至該時刻后，以所述最小發(fā)射功率向相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟3：當(dāng)所有源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入結(jié)束階段，每個目的節(jié)點(diǎn)采用相同的非隨機(jī)算法，計算所有目的節(jié)點(diǎn)以能成功發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率發(fā)送信令時網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)，并計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中能無沖突地發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)的時刻，計時至該時刻后，以所述最小發(fā)射功率向相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK或NACK信令。

進(jìn)一步地，所述步驟2中，采用以下步驟將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟2.1a：對于每個源節(jié)點(diǎn)s_i，i＝1～M，計算其以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)集合其中為源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的源節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

步驟2.2a：令Ω_i＝{s_i}，i＝1～M，S＝{Ω_i|i＝1～M}，r＝1；

步驟2.3a：選擇任意Ω_j∈S，且使S減去Ω_j，即S不包含Ω_j；

步驟2.4a：對若φ為空集，則Ω_j＝Ω_j∪Ω_k，S＝S-Ω_k；重復(fù)步驟2.4a的上述合并過程直至對任意均有令(i指的是節(jié)點(diǎn)的下標(biāo)即1、2、3....M，在該步驟中不發(fā)生變化，剛開始S的下標(biāo)包含所有節(jié)點(diǎn)下標(biāo)，即1、2、3....M，j指的在S中選擇任意一個下標(biāo)的節(jié)點(diǎn)，那么S中的下標(biāo)將不包括j，即1、2、3....j-1、j+1....M,然后再在不包含j的S中任意選擇一個下標(biāo)為k的節(jié)點(diǎn)，接著用下標(biāo)為k的節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的集合和下標(biāo)為j的節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的集合做交集看是否有相同的節(jié)點(diǎn)，有就更新S，即使得新S＝S-Ω_k，該表述單獨(dú)看在等式兩邊好像不成立，但是在根據(jù)上下文和實(shí)際程序執(zhí)行時是正確的，遍歷完S中所有的下標(biāo)，接著執(zhí)行步驟2.5a。)

步驟2.5a：若S≠φ，使r增加1，轉(zhuǎn)步驟2.3a，否則，則{Γ_l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。

進(jìn)一步地，步驟2中，采用以下步驟將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟2.1b：計算每個源節(jié)點(diǎn)s_i，i＝1～M，以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，能影響到目的節(jié)點(diǎn)d_i的所有源節(jié)點(diǎn)的集合其中為源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的源節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

步驟2.2b：令Ω_i＝{d_i}，i＝1～M，S＝{Ω_i|i＝1～M}，r＝1；

步驟2.3b：選擇任意Ω_j∈S，且使S減去Ω_j，即S不包含Ω_j；

步驟2.4b：對若φ為空集，則Ω_j＝Ω_j∪Ω_k，S＝S-Ω_k；重復(fù)步驟2.4b的上述合并過程直至對任意均有令

步驟2.5b：若S≠φ，使r增加1，轉(zhuǎn)步驟2.3b，否則，則{Γ_l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。

進(jìn)一步地，所述步驟2中，采用以下方法計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的時刻：

以最后一個CTS信令中的時間標(biāo)簽為0時刻，則在子網(wǎng)Γ_l中第i個發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)s_i發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻采用下式計算：

(此處的j、k僅適用于本式子，指的是源節(jié)點(diǎn)集合和目的節(jié)點(diǎn)集合中所包含的節(jié)點(diǎn)下標(biāo)，比如那么j的下標(biāo)可以是1或4，但j<i,其中i＝4，所以j只能為1，k也是一樣。此處j、k與步驟2.4a和2.4b沒有關(guān)系)

其中T_i^data為第i個發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)s_i發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻，D為大于水聲網(wǎng)絡(luò)任意兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳播最大延時的常數(shù)，為數(shù)據(jù)從s_i傳輸?shù)絛_j的時延，為s_i發(fā)送數(shù)據(jù)包的持續(xù)時間，C為預(yù)設(shè)的保護(hù)時間，為s_i所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)的集合，為能影響到目的節(jié)點(diǎn)d_i的所有源節(jié)點(diǎn)的集合。

進(jìn)一步地，所述步驟3中，采用以下步驟將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟3.1a：對于每個目的節(jié)點(diǎn)d_i，i＝1～M，計算其以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，所能影響到的源節(jié)點(diǎn)集合其中為目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的目的節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

步驟3.2a：令Ω′_i＝{d_i}，i＝1～M，S′＝{Ω′_i|i＝1～M}，r＝1；

步驟3.3a：選擇任意Ω′_j∈S′，且使S′減去Ω′_j，即S′不包含Ω′_j；

步驟3.4a對若φ為空集，則Ω′_j＝Ω′_j∪Ω′_k，S′＝S′-Ω′_k；重復(fù)上述合并過程直至對任意均有令

步驟3.5a：若S′≠φ，使r增加1，轉(zhuǎn)步驟3.3a，否則，則{Γ′_l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。

進(jìn)一步地，所述步驟3中，采用以下步驟將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟3.1b：計算每個目的節(jié)點(diǎn)d_i，i＝1～M，以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，能影響到源節(jié)點(diǎn)s_i的所有目的節(jié)點(diǎn)的集合其中為目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的源節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

步驟3.2b：令Ω′_i＝{s_i}，i＝1～M，S′＝{Ω′_i|i＝1～M}，r＝1；

步驟3.3b：選擇任意Ω′_j∈S′，且使S′減去Ω′_j，即S′不包含Ω′_j；

步驟3.4b：對若φ為空集，則Ω′_j＝Ω′_j∪Ω′_k，S′＝S′-Ω′_k；重復(fù)上述合并過程直至對任意均有令

步驟3.5b：若S′≠φ，使r增加1，轉(zhuǎn)步驟3.3b，否則，則{?！?sub>l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。

上述步驟3中，采用以下方法計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)的時刻：

以網(wǎng)絡(luò)中最后一個數(shù)據(jù)包的發(fā)送時刻為0時刻，則在子網(wǎng)?！?sub>l中第i個發(fā)送ACK/NACK信令的目的節(jié)點(diǎn)d_i發(fā)送ACK/NACK信令的時刻采用下式計算：

(此處的j、k僅適用于本式子，指的是源節(jié)點(diǎn)集合和目的節(jié)點(diǎn)集合中所包含的節(jié)點(diǎn)下標(biāo)，處j、k與步驟3.4a和3.4b沒有關(guān)系)

其中T_i^ack為第i個發(fā)送ACK或NACK信令的目的節(jié)點(diǎn)d_i發(fā)送信令的時刻，D為大于水聲網(wǎng)絡(luò)任意兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳播最大延時的常數(shù)，為ACK/NACK信令從d_i傳輸?shù)絪_j的時延，為d_i發(fā)送ACK或NACK信令的持續(xù)時間，C為預(yù)設(shè)的保護(hù)時間，為d_i所能影響到的源節(jié)點(diǎn)的集合，為能影響到源節(jié)點(diǎn)s_i的所有目的節(jié)點(diǎn)的集合。

進(jìn)一步地，所述步驟1中，采用以下方法計算源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i和目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率：

步驟1.1：所有節(jié)點(diǎn)在信道空閑時檢測環(huán)境噪聲的功率水平；

步驟1.2：進(jìn)入握手階段后，源節(jié)點(diǎn)s_i以預(yù)先約定的發(fā)送功率廣播RTS信令，大于或等于s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離s_i最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。上述RTS信令中包含源節(jié)點(diǎn)s_i當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率水平

步驟1.3：目的節(jié)點(diǎn)d_i接收到源節(jié)點(diǎn)s_i發(fā)送的RTS信令后，根據(jù)預(yù)設(shè)的源節(jié)點(diǎn)s_i能正確接收信號所要求的信噪比最低值采用下式計算目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率

其中為信號從目的節(jié)點(diǎn)d_i傳播到源節(jié)點(diǎn)s_i的功率衰減系數(shù)；

步驟1.4：目的節(jié)點(diǎn)d_i以預(yù)先約定的發(fā)送功率廣播CTS信令，大于或等于d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至網(wǎng)絡(luò)中距離d_i最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率；所述CTS信令中包含目的節(jié)點(diǎn)d_i當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率水平

步驟1.5：源節(jié)點(diǎn)s_i接收到目的節(jié)點(diǎn)d_i發(fā)送的CTS信令后，根據(jù)預(yù)設(shè)的目的節(jié)點(diǎn)d_i能正確接收信號所要求的信噪比最低值采用下式計算源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i所需的最小發(fā)射功率

其中為信號從源節(jié)點(diǎn)s_i傳播到目的節(jié)點(diǎn)d_i的功率衰減系數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟2.1a中，每個源節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定源節(jié)點(diǎn)s_i以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)集合

步驟2.1a.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有目的節(jié)點(diǎn)的CTS信令，并記錄下每個目的節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平；

步驟2.1a.2：計算源節(jié)點(diǎn)s_i的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個目的節(jié)點(diǎn)d_j，計算s_i以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時信號到達(dá)d_j處的功率

步驟2.1a.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為目的節(jié)點(diǎn)d_j的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

上述步驟2.1b中，每個源節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定源節(jié)點(diǎn)s_j(j＝1～M)以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，影響到目的節(jié)點(diǎn)d_i的源節(jié)點(diǎn)集合

步驟2.1b.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有目的節(jié)點(diǎn)的CTS信令，并記錄下每個目的節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平。

步驟2.1b.2：計算所有源節(jié)點(diǎn)s_j，j＝1～M，的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個目的節(jié)點(diǎn)d_i，計算每個源節(jié)點(diǎn)s_j以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時信號到達(dá)d_i處的功率

步驟2.1b.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為目的點(diǎn)d_i的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

進(jìn)一步地，步驟3.1a中，每個目的節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定目的節(jié)點(diǎn)d_i以功率發(fā)送ACK/NACK時所能影響到的源節(jié)點(diǎn)集合

步驟3.1a.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有源節(jié)點(diǎn)的RTS信令，并記錄下每個源節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平；

步驟3.1a.2：計算目的節(jié)點(diǎn)d_i的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個源節(jié)點(diǎn)s_j，計算目的節(jié)點(diǎn)d_i以功率發(fā)送ACK/NACK時信號到達(dá)s_j處的功率

步驟3.1a.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為源節(jié)點(diǎn)s_j的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

上述步驟3.1b中，每個目的節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)d_j，j＝1～M，以功率發(fā)送ACK/NACK時，影響到源節(jié)點(diǎn)s_i的目的節(jié)點(diǎn)集合

步驟3.1b.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有源節(jié)點(diǎn)的RTS信令，并記錄下每個源節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平；

步驟3.1b.2：計算所有目的節(jié)點(diǎn)d_j(j＝1～M)的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個源節(jié)點(diǎn)s_i，計算目的節(jié)點(diǎn)d_j以功率發(fā)送ACK/NACK時信號到達(dá)s_i處的功率

步驟3.1b.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為源節(jié)點(diǎn)s_i的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處有：

(1)傳輸效率更高?，F(xiàn)有方法在整個傳輸周期中都將網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成全連通網(wǎng)絡(luò)來處理，未能充分發(fā)掘節(jié)點(diǎn)通信時的并行性。本發(fā)明通過控制節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，在數(shù)據(jù)傳輸階段將全連通網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為多個互不連通的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)獨(dú)立規(guī)劃節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間，子網(wǎng)間同時傳輸，子網(wǎng)內(nèi)并發(fā)傳輸，可以有效地減少一個傳輸周期所需的時間，提高傳輸?shù)男省?/p>

(2)能耗更低?，F(xiàn)有方法為了保證在整個傳輸周期中網(wǎng)絡(luò)為全連通，在整個傳輸周期中需要使用較大的功率進(jìn)行發(fā)送，本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)只需在握手階段使用較大功率發(fā)送以保證所有源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)能接收到握手信息，在數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送ACK/NACK信令時均可使用較低的功率進(jìn)行發(fā)送，可以顯著降低節(jié)點(diǎn)的能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的主流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中計算源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i和目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率的流程圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的步驟2中每個源節(jié)點(diǎn)s_i以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)集合的示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的步驟2中整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通子網(wǎng)的示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的步驟3中每個目的節(jié)點(diǎn)d_i以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，所能影響到的源節(jié)點(diǎn)集合的示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的步驟3中整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通子網(wǎng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施步驟作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方法不限于此。

本發(fā)明實(shí)施例1為一個具有12個節(jié)點(diǎn)的水聲通信網(wǎng)絡(luò)，以節(jié)點(diǎn)的水平位置和深度為X、Y、Z軸建立坐標(biāo)系，三個坐標(biāo)軸均以米為單位，1～12號節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(600，500，250)、(1050，600，550)、(1300，350，600)、(850，400，250)、(650，700，400)、(400，300，350)、(900，550，350)、(1250，600，450)、(1200，400，650)、(700，450，300)、(850，800，250)、(550，375，300)。每個節(jié)點(diǎn)預(yù)設(shè)一個約定的發(fā)射功率，該發(fā)射功率大于或等于該節(jié)點(diǎn)能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離該節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率，即每個節(jié)點(diǎn)以上述功率發(fā)送信息時網(wǎng)絡(luò)是全連通的，各個節(jié)點(diǎn)的通信方式為全方向、半雙工，通信所用的帶寬為6KHz，水下聲速為1500m/s。

本發(fā)明實(shí)施例1中，采用以下步驟來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時間和功率聯(lián)合優(yōu)化的水聲網(wǎng)絡(luò)通信方法，其主流程如圖1所示：

步驟1：當(dāng)信道空閑且有至少1個節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入握手階段。需要發(fā)起通信的源節(jié)點(diǎn)廣播RTS信令，相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)若同意通信，則廣播回復(fù)CTS信令，直至在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)再無新的RTS和CTS信令發(fā)出，握手階段結(jié)束。上述源節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)在發(fā)送RTS或CTS信令時，其發(fā)射功率大于或等于該節(jié)點(diǎn)能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離該節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。

本發(fā)明實(shí)施例1中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)需要傳輸數(shù)據(jù)時，先偵聽信道，待信道空閑時，網(wǎng)絡(luò)啟動新的傳輸周期并進(jìn)入其中的握手階段。以1～6號節(jié)點(diǎn)分別需要向7～12號節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息為例，將1～6號節(jié)點(diǎn)分別記為源節(jié)點(diǎn)s₁～s₆，7～12號節(jié)點(diǎn)分別記為目的節(jié)點(diǎn)d₁～d₆。源節(jié)點(diǎn)s₁～s₆以預(yù)先約定的功率廣播RTS信令，大于或等于s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離s_i最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。RTS中包含時間標(biāo)簽和待發(fā)送數(shù)據(jù)包的長度，上述時間標(biāo)簽為該RTS信令發(fā)送的時刻。目的節(jié)點(diǎn)d₁～d₆同意與源節(jié)點(diǎn)s₁～s₆通信時，以預(yù)先約定的發(fā)射功率廣播CTS信令，大于或等于d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至網(wǎng)絡(luò)中距離d_i最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。CTS信令中包含時間標(biāo)簽，該時間標(biāo)簽為該CTS信令發(fā)送的時刻。各節(jié)點(diǎn)檢測到任何一個CTS信令后開始計時，當(dāng)計時時間與最后接收到的CTS信令中的時間標(biāo)簽之差大于預(yù)設(shè)的時間時，握手階段結(jié)束，各個節(jié)點(diǎn)偵聽并記錄本次傳輸周期中所有成功握手的通信請求。

上述步驟1中，在握手階段采用以下方法計算源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i和目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率，其步驟如圖2所示：

步驟1.1：所有節(jié)點(diǎn)在信道空閑時檢測環(huán)境噪聲的功率水平。

步驟1.2：進(jìn)入握手階段后，源節(jié)點(diǎn)s_i以預(yù)先約定的發(fā)送功率廣播RTS信令，大于或等于s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)中距離s_i最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。上述RTS信令中包含源節(jié)點(diǎn)s_i當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率水平

步驟1.3：目的節(jié)點(diǎn)d_i接收到源節(jié)點(diǎn)s_i發(fā)送的RTS信令后，根據(jù)預(yù)設(shè)的源節(jié)點(diǎn)s_i能正確接收信號所要求的信噪比最低值采用下式計算目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率

其中為信號從目的節(jié)點(diǎn)d_i傳播到源節(jié)點(diǎn)s_i的功率衰減系數(shù)。

上述實(shí)施例1中，a＝10^b(f)/10，其中是d_i到s_i的距離，k＝1.5為幾何擴(kuò)散因子，f為信號的頻率，b(f)為吸收損失，由下式計算得到：

步驟1.4：目的節(jié)點(diǎn)d_i以預(yù)先約定的發(fā)送功率廣播CTS信令，大于或等于d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至網(wǎng)絡(luò)中距離d_i最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率。上述CTS信令中包含目的節(jié)點(diǎn)d_i當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率水平

步驟1.5：源節(jié)點(diǎn)s_i接收到目的節(jié)點(diǎn)d_i發(fā)送的CTS信令后，根據(jù)預(yù)設(shè)的目的節(jié)點(diǎn)d_i能正確接收信號所要求的信噪比最低值采用下式計算源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i所需的最小發(fā)射功率

其中為信號從源節(jié)點(diǎn)s_i傳播到目的節(jié)點(diǎn)d_i的功率衰減系數(shù)。

上述實(shí)施例1中，a＝10^b(f)/10，其中是s_i到d_i的距離，k＝1.5為幾何擴(kuò)散因子，f為信號的頻率，b(f)為吸收損失，由下式計算得到：

步驟2：握手階段結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入傳輸階段，每個源節(jié)點(diǎn)采用相同的非隨機(jī)算法，計算所有源節(jié)點(diǎn)以能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率發(fā)送數(shù)據(jù)時網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)，并計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的時刻，計時至該時刻后，以上述最小發(fā)射功率向相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

上述步驟2中，采用以下步驟將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟2.1a：對于每個源節(jié)點(diǎn)s_i(i＝1～M)，計算其以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)集合其中為源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的源節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

上述步驟2.1a中，每個源節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定源節(jié)點(diǎn)s_i(i＝1～M)以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)集合

步驟2.1a.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有目的節(jié)點(diǎn)的CTS信令，并記錄下每個目的節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平。

步驟2.1a.2：計算源節(jié)點(diǎn)s_i的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個目的節(jié)點(diǎn)d_j，計算s_i以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時信號到達(dá)d_j處的功率

上述實(shí)施例1中，a＝10^b(f)/10，其中是s_i到d_j的距離，k＝1.5為幾何擴(kuò)散因子，f為信號的頻率，b(f)為吸收損失，由下式計算得到：

步驟2.1a.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為目的節(jié)點(diǎn)d_j的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

上述實(shí)施例1中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離，源節(jié)點(diǎn)s₁～s₆影響到的目的節(jié)點(diǎn)集合為如圖3所示。

步驟2.2a：令Ω_i＝{s_i}，i＝1～M，S＝{Ω_i|i＝1～M}，r＝1。

上述實(shí)施例1中，Ω₁＝{s₁}，Ω₂＝{s₂}，Ω₃＝{s₃}，Ω₄＝{s₄}，Ω₅＝{s₅}，Ω₆＝{s₆}，S＝{Ω₁,Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}。

步驟2.3a：選擇任意Ω_j∈S，S＝S-Ω_j。

上述實(shí)施例1中，從S＝{Ω₁,Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}中任選一個Ω_j，然后將Ω_j去掉，并更新S，以選擇Ω₁為例，則更新后的S＝{Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}。

步驟2.4a：對若φ為空集，則Ω_j＝Ω_j∪Ω_k，S＝S-Ω_k。重復(fù)上述合并過程直至對任意均有令

上述實(shí)施例1中，從S中選擇Ω_k，將和做交集，判斷是否有相同的目的節(jié)點(diǎn)，沒有則跳過，有則將Ω_k和分別并入Ω_j和并從S中去掉Ω_k，重復(fù)上述過程直到S中所有的與相交都為空集時為止，然后將Ω_j和做并集記錄于Γ_r中。以Ω_j＝Ω₁，S＝{Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}為例，對于Ω_k＝{Ω_i|i＝2～6}，當(dāng)i＝2時，與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₁，更新Ω₁＝{s₁,s₂}、S＝{Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}；當(dāng)i＝3時，與沒有共同目的節(jié)點(diǎn)，所以跳過；當(dāng)i＝4時，與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₁和d₄，所以更新Ω₁＝{s₁,s₂,s₄}，S＝{Ω₃,Ω₅,Ω₆}；當(dāng)i＝5時，與沒有共同目的節(jié)點(diǎn)，所以跳過；在i＝6時，與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₆，更新Ω₁＝{s₁,s₂,s₄,s₆}，S＝{Ω₃,Ω₅}。此時與和的交集都是空集，所以第1個網(wǎng)絡(luò)分割結(jié)束，

步驟2.5a：若S≠φ，r＝r+1，轉(zhuǎn)步驟2.3a，否則，則{Γ_l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。

上述實(shí)施例1中，最終子網(wǎng)的劃分結(jié)果為Γ₁＝{s₁,s₂,s₄,s₆,d₁,d₂,d₄,d₆}，Γ₂＝{s₃,d₃}，Γ₃＝{s₅,d₅}，如圖4所示。

上述步驟2中，采用以下方法計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的時刻：

以最后一個CTS信令中的時間標(biāo)簽為0時刻，則在子網(wǎng)Γ_l中第i個發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)s_i發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻采用下式計算：

其中T_i^data為第i個發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)s_i發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻，D為大于水聲網(wǎng)絡(luò)任意兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳播最大延時的常數(shù)，為數(shù)據(jù)從s_i傳輸?shù)絛_j的時延，為s_i發(fā)送數(shù)據(jù)包的持續(xù)時間，C為預(yù)設(shè)的保護(hù)時間，為s_i所能影響到的目的節(jié)點(diǎn)的集合，為能影響到目的節(jié)點(diǎn)d_i的所有源節(jié)點(diǎn)的集合。

上述實(shí)施例1中，以最后一個CTS信令中時間標(biāo)簽為0時刻，預(yù)設(shè)的保護(hù)時間C為1S，常數(shù)D為2S，數(shù)據(jù)包的長度為1S，以包含源節(jié)點(diǎn)(s₁,s₂,s₄,s₆)的網(wǎng)絡(luò)為例，在該網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)s₁發(fā)送數(shù)據(jù)時刻為：

T₁^data＝D＝2.0

源節(jié)點(diǎn)s₂發(fā)送數(shù)據(jù)時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

源節(jié)點(diǎn)s₄發(fā)送數(shù)據(jù)時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

源節(jié)點(diǎn)s₆發(fā)送數(shù)據(jù)時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

步驟3：當(dāng)所有源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入結(jié)束階段，每個目的節(jié)點(diǎn)采用相同的非隨機(jī)算法，計算所有目的節(jié)點(diǎn)以能成功發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)所需的最小發(fā)射功率發(fā)送信令時網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)，并計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)的時刻，計時至該時刻后，向相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK或NACK信令。

上述步驟3中，采用以下步驟將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟3.1a：對于每個目的節(jié)點(diǎn)d_i(i＝1～M)，計算其以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，所能影響到的源節(jié)點(diǎn)集合其中為目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的目的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

上述步驟3.1a中，每個目的節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定目的節(jié)點(diǎn)d_i以功率發(fā)送ACK/NACK時所能影響到的源節(jié)點(diǎn)集合

步驟3.1a.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有源節(jié)點(diǎn)的RTS信令，并記錄下每個源節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平。

步驟3.1a.2：計算目的節(jié)點(diǎn)d_i的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個源節(jié)點(diǎn)s_j，計算目的節(jié)點(diǎn)d_i以功率發(fā)送ACK/NACK時信號到達(dá)s_j處的功率

上述實(shí)施例1中，a＝10^b(f)/10，其中是d_i到s_j的距離，k＝1.5為幾何擴(kuò)散因子，f為信號的頻率，b(f)為吸收損失，由下式計算得到：

步驟3.1a.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為源節(jié)點(diǎn)s_j的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

上述實(shí)施例1中，所以根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離，目的節(jié)點(diǎn)d₁～d₆影響到的源節(jié)點(diǎn)集合為如圖5所示。

步驟3.2a：令Ω′_i＝{d_i}，i＝1～M，S′＝{Ω′_i|i＝1～M}，r＝1。

上述實(shí)施例1中，Ω'₁＝{d₁}，Ω'₂＝{d₂}，Ω'₃＝{d₃}，Ω'₄＝{d₄}，Ω'₅＝{d₅}，Ω'₆＝{d₆}，S′＝{Ω′₁,Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}。

步驟3.3a：選擇任意Ω′_j∈S′，S′＝S′-Ω′_j。

上述實(shí)施例1中，從S′＝{Ω′₁,Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}中任選一個Ω′_j，然后將Ω′_j去掉，并更新S′，以選擇Ω′₁為例，則更新后的S′＝{Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}。

步驟3.4a：對若φ為空集，則Ω′_j＝Ω′_j∪Ω′_k，S′＝S′-Ω′_k。重復(fù)上述合并過程直至對任意均有令

上述實(shí)施例1中，從S′中選擇Ω′_k，將和做交集，判斷是否有相同的源節(jié)點(diǎn)，沒有則跳過，有則將Ω′_k和分別并入Ω′_j和并從S′中去掉Ω′_k，重復(fù)上述過程直到S′中所有的與相交都為空集時為止，然后將Ω′_j和做并集記錄于Γ′_r中。以Ω′_j＝Ω′₁，S′＝{Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}為例，Ω′_k＝{Ω′_i|i＝2～6}，當(dāng)i＝2時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₂，更新Ω′₁＝{d₁,d₂}、S′＝{Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}，當(dāng)i＝3，與沒有共同源節(jié)點(diǎn)，所以跳過，當(dāng)i＝4時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₁和s₄，所以更新Ω′₁＝{d₁,d₂,d₄}，S′＝{Ω′₃,Ω′₅,Ω′₆}；當(dāng)i＝5時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₅，所以更新Ω′₁＝{d₁,d₂,d₄,d₅}，S′＝{Ω′₃,Ω′₆}；當(dāng)i＝6時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₆，所以更新Ω′₁＝{d₁,d₂,d₄,d₅,d₆}，S′＝{Ω′₃}；此時與的交集都是空集，所以第1個網(wǎng)絡(luò)分割結(jié)束，此時

步驟3.5a：若S′≠φ，r＝r+1，轉(zhuǎn)步驟3.3a，否則，則{?！?sub>l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。上述實(shí)施例1中，最終子網(wǎng)的劃分結(jié)果為Γ′₁＝{s₁,s₂,s₄,s₅,s₆,d₁,d₂,d₄,d₅,d₆}，?！?sub>2＝{s₃,d₃}，如圖6所示。

上述步驟3中，采用以下方法計算本節(jié)點(diǎn)在所屬子網(wǎng)中可以無沖突地發(fā)送ACK或NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)的時刻：

以最后一個數(shù)據(jù)包的發(fā)送時刻為0時刻，則在子網(wǎng)?！?sub>l中第i個發(fā)送ACK/NACK信令的目的節(jié)點(diǎn)d_i發(fā)送ACK/NACK信令的時刻采用下式計算：

其中T_i^ack為第i個發(fā)送ACK或NACK信令的目的節(jié)點(diǎn)d_i發(fā)送信令的時刻，D為大于水聲網(wǎng)絡(luò)任意兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳播最大延時的常數(shù)，為ACK/NACK信令從d_i傳輸?shù)絪_j的時延，為d_i發(fā)送ACK或NACK信令的持續(xù)時間，C為預(yù)設(shè)的保護(hù)時間，為d_i所能影響到的源節(jié)點(diǎn)的集合，為能影響到源節(jié)點(diǎn)s_i的所有目的節(jié)點(diǎn)的集合。

上述實(shí)施例1中，以最后一個數(shù)據(jù)包的時間標(biāo)簽為0時刻，預(yù)設(shè)的保護(hù)時間C為1S，常數(shù)D為2S，ACK和NACK信令的長度都為0.01S，下面以包含源節(jié)點(diǎn)(s₁,s₂,s₄,s₅,s₆)的網(wǎng)絡(luò)為例，在該網(wǎng)絡(luò)中目的節(jié)點(diǎn)d₁發(fā)送ACK或NACK信令時刻為：

T₁^ack＝D＝2.0

目的節(jié)點(diǎn)d₂發(fā)送ACK或NACK信令時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

目的節(jié)點(diǎn)d₄發(fā)送ACK或NACK信令時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

目的節(jié)點(diǎn)d₅發(fā)送ACK或NACK信令時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

目的節(jié)點(diǎn)d₆發(fā)送ACK或NACK信令時刻為：

其中，根據(jù)時延＝距離/聲速的關(guān)系，可計算得到

本發(fā)明實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處，其一在于步驟2中采用以下方法將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟2.1b：計算每個源節(jié)點(diǎn)s_i(i＝1～M)以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，能影響到目的節(jié)點(diǎn)d_i的所有源節(jié)點(diǎn)的集合其中為源節(jié)點(diǎn)s_i能成功發(fā)送數(shù)據(jù)至相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)d_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的源節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

上述步驟2.1b中，每個源節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定源節(jié)點(diǎn)s_j(j＝1～M)以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，影響到目的節(jié)點(diǎn)d_i的源節(jié)點(diǎn)集合

步驟2.1b.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有目的節(jié)點(diǎn)的CTS信令，并記錄下每個目的節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平。

步驟2.1b.2：計算所有源節(jié)點(diǎn)s_j(j＝1～M)的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個目的節(jié)點(diǎn)d_i，計算每個源節(jié)點(diǎn)s_j以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時信號到達(dá)d_i處的功率

上述實(shí)施例2中，a＝10^b(f)/10，其中是s_j到d_i的距離，k＝1.5為幾何擴(kuò)散因子，f為信號的頻率，b(f)為吸收損失，由下式計算得到：

步驟2.1b.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為目的點(diǎn)d_i的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

上述實(shí)施例2中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離，影響到目的節(jié)點(diǎn)d₁～d₆的源節(jié)點(diǎn)集合為

步驟2.2b：令Ω_i＝{d_i}，i＝1～M，S＝{Ω_i|i＝1～M}，r＝1。

上述實(shí)施例2中，Ω₁＝{d₁}，Ω₂＝{d₂}，Ω₃＝{d₃}，Ω₄＝{d₄}，Ω₅＝{d₅}，Ω₆＝{d₆}，S＝{Ω₁,Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}。

步驟2.3b：選擇任意Ω_j∈S，S＝S-Ω_j。

上述實(shí)施例2中，從S＝{Ω₁,Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}中任選一個Ω_j，然后將Ω_j去掉，并更新S，以選擇Ω₁為例，則更新后的S＝{Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}。

步驟2.4b：對若φ為空集，則Ω_j＝Ω_j∪Ω_k，S＝S-Ω_k。重復(fù)上述過程直至對任意均有令

上述實(shí)施例2中，從S中選擇Ω_k，將和做交集，判斷是否有相同的源節(jié)點(diǎn)，沒有則跳過，有則將Ω_k和分別并入Ω_j和并從S中去掉Ω_k，重復(fù)上述過程直到S中所有的與相交都為空集時為止，將Ω_j和做并集記錄于Γ_r中。以Ω_j＝Ω₁，S＝{Ω₂,Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}為例，Ω_k＝{Ω_i|i＝2～6}，當(dāng)i＝2時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₂，更新Ω₁＝{d₁,d₂}、S＝{Ω₃,Ω₄,Ω₅,Ω₆}，當(dāng)i＝3時，與沒有共同源節(jié)點(diǎn)，所以跳過；當(dāng)i＝4時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₁和s₄，所以更新Ω₁＝{d₁,d₂,d₄}，S＝{Ω₃,Ω₅,Ω₆}；當(dāng)i＝5時，與沒有共同源節(jié)點(diǎn)，所以跳過；當(dāng)i＝6時，與有共同源節(jié)點(diǎn)s₁，所以更新Ω₁＝{d₁,d₂,d₄,d₆}，S＝{Ω₃,Ω₅}。此時與和的交集都是空集，所以第1個網(wǎng)絡(luò)分割結(jié)束，此時

步驟2.5b：若S≠φ，r＝r+1，轉(zhuǎn)步驟2.3b，否則，則{Γ_l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。

上述實(shí)施例2中，Γ₁＝{s₁,s₂,s₄,s₆,d₁,d₂,d₄,d₆}，Γ₂＝{s₃,d₃}，Γ₃＝{s₅,d₅}，如圖4所示。

本發(fā)明實(shí)施例2與實(shí)施例1的第二個不同之處在于，步驟3中采用以下方法將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為互不連通的子網(wǎng)：

步驟3.1b：計算每個目的節(jié)點(diǎn)d_i(i＝1～M)以功率發(fā)送數(shù)據(jù)時，能影響到源節(jié)點(diǎn)s_i的所有目的節(jié)點(diǎn)的集合其中為目的節(jié)點(diǎn)d_i能成功發(fā)送ACK/NACK信令至相應(yīng)源節(jié)點(diǎn)s_i所需的最小發(fā)射功率，M為整個網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前傳輸周期的源節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

上述步驟3.1b中，每個目的節(jié)點(diǎn)采用以下方法確定當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)d_j(j＝1～M)以功率發(fā)送ACK/NACK時，影響到源節(jié)點(diǎn)s_i的目的節(jié)點(diǎn)集合

步驟3.1b.1：監(jiān)聽本傳輸周期內(nèi)所有源節(jié)點(diǎn)的RTS信令，并記錄下每個源節(jié)點(diǎn)的環(huán)境噪聲功率水平。

步驟3.1b.2：計算所有目的節(jié)點(diǎn)d_j(j＝1～M)的傳輸功率對本傳輸周期內(nèi)的每個源節(jié)點(diǎn)s_i，計算目的節(jié)點(diǎn)d_j以功率發(fā)送ACK/NACK時信號到達(dá)s_i處的功率

上述實(shí)施例2中，a＝10^b(f)/10，其中是d_j到s_i的距離，k＝1.5為幾何擴(kuò)散因子，f為信號的頻率，b(f)為吸收損失，由下式計算得到：

步驟3.1b.3：若其中為預(yù)設(shè)的閾值，為源節(jié)點(diǎn)s_i的環(huán)境噪聲功率水平，則否則

上述實(shí)施例2中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離，影響到源節(jié)點(diǎn)s₁～s₆的目的節(jié)點(diǎn)集合為

步驟3.2b：令Ω′_i＝{s_i}，i＝1～M，S′＝{Ω′_i|i＝1～M}，r＝1。

上述實(shí)施例2中，Ω′₁＝{s₁}，Ω′₂＝{s₂}，Ω′₃＝{s₃}，Ω′₄＝{s₄}，Ω′₅＝{s₅}，Ω′₆＝{s₆}，S′＝{Ω′₁,Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}。

步驟3.3b：選擇任意Ω′_j∈S′，S′＝S′-Ω′_j。

上述實(shí)施例2中，從S′＝{Ω′₁,Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}中任選一個Ω′_j，然后將Ω′_j去掉，并更新S′，以選擇Ω′₁為例，則更新后的S′＝{Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}。

步驟3.4b：對若φ為空集，則Ω′_j＝Ω′_j∪Ω′_k，S′＝S′-Ω′_k。重復(fù)上述合并過程直至對任意均有令

上述實(shí)施例2中，從S′中選擇Ω′_k，將和做交集，判斷是否有相同的目的節(jié)點(diǎn)，沒有則跳過，有則將Ω′_k和分別并入Ω′_j和并從S′中去掉Ω′_k，重復(fù)上述過程直到對S′中所有的與相交都為空集時為止，然后將Ω′_j和做并集記錄于Γ′_r中。以Ω′_j＝Ω′₁，S′＝{Ω′₂,Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}為例，Ω′_k＝{Ω′_i|i＝2～6}，當(dāng)i＝2時，與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₁，更新Ω′₁＝{s₁,s₂}、S′＝{Ω′₃,Ω′₄,Ω′₅,Ω′₆}，當(dāng)i＝3，與沒有共同目的節(jié)點(diǎn)，所以跳過；當(dāng)i＝4時與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₁和d₄，所以更新Ω′₁＝{s₁,s₂,s₄}，S′＝{Ω′₃,Ω′₅,Ω′₆}；當(dāng)i＝5時，與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₁，所以更新Ω′₁＝{s₁,s₂,s₄,s₅}，S′＝{Ω′₃,Ω′₆}；當(dāng)i＝6時，與有共同目的節(jié)點(diǎn)d₆，所以更新Ω′₁＝{s₁,s₂,s₄,s₅,s₆}，S′＝{Ω′₃}。此時與的交集是空集，所以第1個網(wǎng)絡(luò)分割結(jié)束，此時

步驟3.5b：若S′≠φ，r＝r+1，轉(zhuǎn)步驟3.3b，否則，則{?！?sub>l|l＝1～r}為所求子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)集合。上述實(shí)施例2中，最終子網(wǎng)的劃分結(jié)果為?！?sub>2＝{s₃,d₃}。