由使得丟包率大大減少，需要的重傳次數(shù)也大大減少，因為多個中間節(jié)點同時沒有收到某個數(shù)據(jù)包的概率相比一個節(jié)點沒有收到該數(shù)據(jù)包的概率降低了很多，因此可靠性和帶寬利用率都得到大大的提升。本發(fā)明通過布置水面浮標(biāo)節(jié)點，且全部在信源的前向轉(zhuǎn)發(fā)集合中。因此，信源發(fā)出的每個數(shù)據(jù)包只要被一個浮標(biāo)節(jié)點接收到，就能通過該浮標(biāo)節(jié)點成功傳輸給信宿。這使得信宿成功接收某個數(shù)據(jù)包的機會增加了很多，提高了通信的可靠性。另外，水面浮標(biāo)節(jié)點采用水聲通信與無線通信相結(jié)合的方法，使得所有浮標(biāo)節(jié)點均可處在信源的前向轉(zhuǎn)發(fā)集合中，避免了選擇前向轉(zhuǎn)發(fā)集合與協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)順序所帶來的信令開銷問題。
[0026](3)無速率編碼的前向糾錯與機會轉(zhuǎn)發(fā)方案的結(jié)合能夠進一步的提升水聲通信系統(tǒng)的性能?？紤]以下三種情況:(i)只采用機會轉(zhuǎn)發(fā)方案，信源沒有采用任何的前向糾錯方案。這種情況下，信源發(fā)送的原始數(shù)據(jù)包被廣播到水面浮標(biāo)節(jié)點，這時盡管水面的每個浮標(biāo)節(jié)點都可以接受原始數(shù)據(jù)包并將其轉(zhuǎn)發(fā)給信宿，但是由于水聲信道條件惡劣，丟包率很高，信源發(fā)送的原始數(shù)據(jù)包總有小部分未被任何一個浮標(biāo)節(jié)點接收，這時就需要信宿發(fā)送反饋信息給發(fā)送端通知其重傳未成功接收的數(shù)據(jù)包，且若反饋的信息丟失，這將導(dǎo)致全部數(shù)據(jù)的重傳。而且，信宿需要設(shè)定等待時間，等待所有浮標(biāo)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)完其接收到的數(shù)據(jù)，才能通知信源節(jié)點是否需要重傳以及重傳哪些數(shù)據(jù)包。并不是所有的浮標(biāo)節(jié)點均能接收到信源的數(shù)據(jù)，這些等待時間是對寶貴通信帶寬的浪費。(?)采用機會轉(zhuǎn)發(fā)方案，同時在信源端進行固定碼率的前向糾錯，則相比不進行前向糾錯編碼的情況，傳輸?shù)目煽啃詴刑嵘?，因為固定碼率的糾錯碼具有一定的糾錯和恢復(fù)的性能。但由于其碼率是固定的而水聲信道的條件是快速時變的，若碼率設(shè)置過高，可能導(dǎo)致糾錯能力很低，接收端不能成功解碼，需要反饋和重傳，反饋的信息仍然有可能丟失，若碼率設(shè)置過低，糾錯能力很好，但是當(dāng)信道條件較好時將浪費掉很多的資源，這些資源在水聲信道中是極其寶貴的。因此固定碼率的傳統(tǒng)糾錯碼用于水聲信道時性能不佳。(iii)采用機會接收方案，同時在信源端采用無速率編碼進行前向糾錯。由于無速率編碼的無碼率特性，發(fā)送端發(fā)送的編碼包的數(shù)目是不定的，可以根據(jù)水聲信道當(dāng)時的條件來決定，信道條件差的時候，信源多發(fā)送一些編碼包，信道條件好的時候可以少發(fā)送一些編碼包，即使某些編碼包沒有被任何一個浮標(biāo)節(jié)點接收到也沒關(guān)系，水面浮標(biāo)節(jié)點只需要接收到一定數(shù)量的編碼包即可讓信宿成功解碼。采用無速率編碼的情況下，若反饋信息丟失，信宿將繼續(xù)收到編碼包，這時信宿可以繼續(xù)再次發(fā)送反饋信息，直到發(fā)送端收到反饋信息。對比以上三種情況，在采用機會轉(zhuǎn)發(fā)方案情況下，發(fā)送端采用無速率碼作為前向糾錯編碼能夠進一步提高機會轉(zhuǎn)發(fā)方案傳輸?shù)目煽啃?，減少反饋次數(shù)，減少重傳的次數(shù)，降低傳輸?shù)难舆t，使系統(tǒng)性能得到進一步提升。
【附圖說明】
[0027]圖1是實例中水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法的系統(tǒng)模型。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]實施例
[0030]本實施例的系統(tǒng)模型如圖1所示，在感興趣的海底區(qū)域A中部署多個水下傳感器節(jié)點S1, S2,…SJg于監(jiān)測和收集A區(qū)域中感興趣的數(shù)據(jù)信息，同時在A相應(yīng)的海域表面區(qū)域B部署多個水面浮標(biāo)節(jié)點B1, B2,…Bni，海岸處布置了基站R用于收集傳感器節(jié)點S1, S2,…&觀察和收集到的數(shù)據(jù)，并對其進行分析處理。
[0031]信源S1, S2，…&將其收集到的原始數(shù)據(jù)分成一定長度(L比特)的數(shù)據(jù)包，然后將K個數(shù)據(jù)包組成一個數(shù)據(jù)塊，所有的信源節(jié)點S1, S2,…Sn通過隨機接入的方式占用水聲信道，然后將一個數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包進行無速率編碼(這里考慮用Raptor碼)后將編碼包廣播給水面B域中的所有浮標(biāo)節(jié)點，編碼包的頭部中包含原始數(shù)據(jù)塊序號(Raptor解碼需要用到)和大小K，編碼包的序號，以及用于生成該編碼包的原始數(shù)據(jù)包的序號。
[0032]假設(shè)信源S1 (I < i < η)最先競爭到無線水聲信道，則31開始一直發(fā)送其第一個數(shù)據(jù)塊的編碼包直到接收到來自信宿的成功接收該數(shù)據(jù)塊的確認信號后，停止發(fā)送該數(shù)據(jù)塊的編碼包，并隨機等待一段時間后與其它信源節(jié)點繼續(xù)競爭聲信道發(fā)送下一個數(shù)據(jù)塊。
[0033]信源S1, S2,…Sn將數(shù)據(jù)發(fā)送到信宿R的過程中采用機會接收方案，將水面B域中的所有浮標(biāo)節(jié)點作為信源的前向轉(zhuǎn)發(fā)集合，也就是B域中的所有浮標(biāo)節(jié)點都能接收信源廣播的數(shù)據(jù)。成功接收到信源廣播的編碼包的水面浮標(biāo)節(jié)點先將編碼包存放到自己的緩存中，然后通過競爭的方式接入與信宿之間的無線信道，若某個浮標(biāo)節(jié)點B,(l < j < m)最先競爭到無線信道，則B,就將到目前為止收集到的編碼包發(fā)給信宿，信宿收完B 在競爭到信道時接收到的所有編碼包后，廣播一個確認信號給水面浮標(biāo)節(jié)點，信宿廣播的這個確認信號中包含了信源已經(jīng)成功接收的編碼包和數(shù)據(jù)塊的序號。所有浮標(biāo)節(jié)點(包括剛剛競爭到無線信道的浮標(biāo)節(jié)點B,)收到信宿發(fā)回的確認信號后先檢查自己緩存中是否有信宿已經(jīng)成功接收的編碼包，如果有，就將其從緩存中刪除，然后再次競爭無線信道，繼續(xù)回傳信宿沒有接收到的其他編碼包。
[0034]信宿R在接收到大于等于K個編碼包的時候就啟動解碼過程，若解碼不成功，則返回確認信號給各浮標(biāo)節(jié)點，繼續(xù)收集各浮標(biāo)節(jié)點接收到編碼包，確認信號中包含信宿已成功接收的編碼包的序號。若解碼成功，則信宿廣播成功接收的確認信號給水面浮標(biāo)節(jié)點，阻止水面浮標(biāo)節(jié)點繼續(xù)競爭無線信道發(fā)送編碼包。水面浮標(biāo)節(jié)點在接收到信宿廣播的成功解碼的確認信號后通過水聲鏈路將該信號轉(zhuǎn)發(fā)給信源，信源成功接收到某個浮標(biāo)節(jié)點發(fā)回的成功解碼的確認信號后立即停止發(fā)送該數(shù)據(jù)塊的編碼包，隨機等待一段時間后開始與其它信源繼續(xù)競爭水聲無線信道繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)塊直到發(fā)送完所有數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項】
1.一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于包括以下步驟: 在感興趣的海域中部署多個水下傳感器節(jié)點用于監(jiān)測和收集數(shù)據(jù)，同時在相應(yīng)的海域表面部署多個水面浮標(biāo)作為中間節(jié)點，在海洋表面或者海岸部署基站或船只作為信宿來收集信源的信息； 水下傳感器節(jié)點即信源將收集到的原始數(shù)據(jù)分塊，然后對數(shù)據(jù)塊使用無速率編碼生成多個編碼包，通過水聲鏈路廣播給水面浮標(biāo)節(jié)點； 所有成功接收到信源編碼包的水面浮標(biāo)節(jié)點將信宿未成功接收的編碼包通過無線鏈路發(fā)送給信宿； 信宿成功接收到任一個浮標(biāo)節(jié)點的編碼包后，廣播確認信息給水面浮標(biāo)節(jié)點； 當(dāng)接收到的編碼包的數(shù)目大于等于原始數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)包的數(shù)目時，信宿開始解碼，若解碼成功，則向信源和浮標(biāo)節(jié)點反饋成功接收的信息，進行下一個數(shù)據(jù)塊的傳輸；若解碼不成功，則繼續(xù)收集水面浮標(biāo)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的編碼包； 信源和浮標(biāo)節(jié)點接收到信宿解碼成功的確認信息后停止發(fā)送編碼包；信源繼續(xù)下一個數(shù)據(jù)塊的發(fā)送。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于，水面浮標(biāo)節(jié)點具有兩個功能模塊:水聲通信功能模塊和無線通信功能模塊；水聲通信功能模塊提供水面浮標(biāo)節(jié)點與水下傳感器節(jié)點之間進行水聲通信的功能，無線通信功能模塊提供水面浮標(biāo)節(jié)點與信宿之間進行無線通信的功能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于，所述的無速率編碼用隨機線性碼、LT碼或Raptor碼來實現(xiàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于，每個編碼包的頭部中應(yīng)包含原始數(shù)據(jù)塊序號和大小，編碼包的序號，以及用于生成改編碼包的原始數(shù)據(jù)包的序號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于，信宿反饋給浮標(biāo)節(jié)點的確認信息中包含成功接收的編碼數(shù)據(jù)包序號及其所在的數(shù)據(jù)塊序號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于，所有浮標(biāo)節(jié)點收到信宿廣播的確認信號后先檢查自己緩存中是否有信宿已經(jīng)成功接收的編碼包，如果有，就將其從緩存中刪除，并繼續(xù)回傳緩存中信宿沒有成功接收的其他編碼包。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法，其特征在于，信宿成功解碼數(shù)據(jù)塊的確認信息通過浮標(biāo)節(jié)點或者信宿的水聲信道反饋給信源；若后續(xù)繼續(xù)收到該數(shù)據(jù)塊的編碼包，則繼續(xù)反饋解碼成功信息。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的機會數(shù)據(jù)回傳方法。該方法包括步驟：在感興趣的海域中部署多個水下傳感器節(jié)點用于監(jiān)測和收集數(shù)據(jù)，同時在相應(yīng)的海域表面部署多個水面浮標(biāo)節(jié)點，海洋表面或海岸布置了基站或者是通過海面上的船只來收集傳感器節(jié)點觀察和收集到的數(shù)據(jù)，并進行分析處理。水下傳感器節(jié)點（信源）將其收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過無速率編碼后廣播給水面的浮標(biāo)節(jié)點。成功接收到信源編碼包的水面浮標(biāo)節(jié)點將信宿未成功接收的編碼包通過無線鏈路發(fā)送給信宿。信宿接收到足夠多的編碼包成功解碼后將返回確認信息給水面浮標(biāo)節(jié)點和信源，開始進行下一輪的傳輸。本發(fā)明可以穩(wěn)定且高效率的提高水聲通信系統(tǒng)的可靠性，減少傳輸?shù)难舆t，提高吞吐量。
【IPC分類】H04L1/00, H04W84/18
【公開號】CN105007138
【申請?zhí)枴緾N201510310294
【發(fā)明人】官權(quán)升, 卿娟, 季飛
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月5日