CN104601280A - 一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，属于水声通信技术领域。本发明针对水声传感器网络中由于点对点水声通信不稳定而引起网络时延增大甚至瘫痪的问题，通过将相同的信号由不同的中继节点转发到同一个汇聚节点，从而得到不同信道为接收解码提供的空间分集增益，进而提高网络环境下水声通信的可靠性。本发明从水声传感器网络的应用特点出发，采用跨层式协议设计方法，将水声物理层通信技术与路由技术结合，同时实现了可靠的水声通信和中继节点的优化选择，显著提高了网络的协议效率。

Description

一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法

技术领域

本发明水声通信网络，具体涉及一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法。

背景技术

随着海洋科学和海洋开发的发展，水声通信技术的研究越来越受到重视，其中水声传感器网络的研究也成为前沿热点。

水声传感器网络是指在一定水下区域内，通过传感器节点获取水下信息，并对水下节点进行声学通信和组网，最终通过水面浮标网关节点以无线的形式把在覆盖区域中所获取的信息纳入岸上常规网络，并发送给观察者的水下子网。

水声传感器网络在应用时，往往具有稀疏拓扑和定向传输的特点：①由于要在海水中长期工作，水下传感器节点都必须能够抗压、防渗漏与防腐蚀，节点的制造成本偏高，因此，在节点数量有限的情况下，为了监视尽可能大的区域，水下传感器的布置比较稀疏，即节点的邻节点数较少。②水声传感器网络是由水下传感器节点和水面浮标网关节点组成，水下传感器节点的信息流主要是定向汇聚到浮标网关节点，再由浮标无线电转发到岸基或船基控制中心。

可靠的点对点水声通信是水声传感器网络的物理层基础，然而水声信道远不是理想信道，是一个时变的时频双扩散信道，点对点通信性能并不稳定，在网络节点稀疏布放的情况下，一旦某两个节点之间通信链路不稳定，就会造成整个水声网络的时延增大甚至网络瘫痪。

发明内容

本发明目的在于，为了解决因为点对点水声通信不稳定而引起的水声传感器网络时延增大甚至网络瘫痪这一问题，而提供一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，将点对点通信与路由选择结合起来，将物理层技术与网络路由协议联合优化，采用多路径协作的方法，获取节点接收信息时的空间分集增益，在网络环境下提高水声通信的可靠性，保证水声传感器网络的稳健。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，包括如下步骤：

步骤A，网络进行初始化，浮标网关节点广播HELLO帧，HELLO帧含有字段：<源节点地址，距离网关节点的跳数，初始化序列号>，各个节点通过接收、解析、再生和转发HELLO帧，更新本地跳数、邻节点地址及其跳数；

步骤B，当网络中某节点S有数据需要发送给浮标网关节点时，先发送PING帧，PING帧含有字段：<源节点地址，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList1>；

步骤C，当任意节点收到PING帧后，如果该节点在PING帧的备选下一跳节点列表NHList1中，则返回ECHO帧，否则丢弃该PING帧，ECHO帧含有字段：<源节点地址，接收信噪比SNR，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList2，通信成功率列表SRList>；

步骤D，当节点S收到所有返回的ECHO帧后，对NHList2的内容进行判断：如果各个NHList2之间存在交集U，则通过计算得到1个汇聚节点和n个中继节点，节点S在发送DATA帧之前，先发送WAKE1帧，用于通知中继节点准备接收后续的DATA帧，WAKE1含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，中继节点列表RelayList，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，如果各个NHList2之间不存在交集U，则通过计算得到唯一传输路径，发送DATA帧；

步骤E，当节点收到WAKE1后，如果该节点在中继节点列表RelayList中，则接收后续的DATA帧，对DATA进行解码：如果不能正确解码DATA帧，并且接收信噪比超过转发门限，则先发送一个短帧WAKE2，用于通知汇聚节点准备接收后续的DATA帧，再将接收到的DATA帧信号放大后转发，WAKE2含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，如果DATA帧信噪比小于转发门限，则放弃，如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，当汇聚节点收到ACK1帧后，放弃接收其它中继节点转发的相同DATA帧，当其它中继节点收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧，当源节点收到ACK1帧后，统计历史通信成功率；

步骤F，当节点收到WAKE2后，如果该节点是汇聚节点，则等待接收所有转发的DATA帧，通过对多个DATA帧接收信号进行合并处理以提高解码成功率，如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，然后汇聚节点继续转发DATA帧，重复步骤B到步骤F，直到DATA帧到达浮标网关节点，如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，中继节点收到ACK2或NACK后转发，当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤B到步骤F，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧。

更进一步的，该方法具体步骤如下：

步骤1：在网络初始化时，浮标网关节点广播HELLO帧，HELLO帧含有字段：<源节点地址，距离网关节点的跳数HopCount，初始化序列号>；浮标网关节点的跳数HopCount等于0，每次网络初始化均有唯一的序列号；在网络初始化时，节点收到HELLO帧后，将HELLO帧的源节点地址添加在邻节点表中，并记录HopCount作为新添加的邻节点的跳数，然后更新源节点地址；判断接收到的初始化序列号是否与本地存储的初始化序列号相同：

如果不同，更新本地初始化序列号，并且将本地跳数设置为HopCount加1，然后将HopCount加1后继续广播HELLO帧；

如果相同，记录相应的跳数HopCount，如果HopCount小于本地跳数，就将本地跳数设置为HopCount加1，并将HopCount加1后继续广播HELLO帧，否则，丢弃该HELLO包，这样每个节点就获得了本地跳数、邻节点地址及其跳数；

步骤2：当网络中某个节点S有数据需要发送给浮标网关节点时，先发送PING帧，PING帧含有字段：<源节点地址，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList1>，备选下一跳节点是节点S的邻节点表中跳数等于HC(S)减1的节点，HC(S)是节点S的跳数；

步骤3：当节点Y收到PING帧后，如果节点Y在PING帧的备选下一跳节点列表NHList1中，则返回ECHO帧，否则丢弃该PING帧；ECHO帧含有字段：<源节点地址，接收信噪比SNR，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList2，通信成功率列表SRList>，接收信噪比SNR是由Y接收PING帧时计算得到的，备选下一跳节点是节点Y的邻节点表中跳数等于HC(Y)减1的节点，HC(Y)是节点Y的跳数，通信成功率列表SRList是Y与NHList2中各节点对应的历史成功通信率；

步骤4：当节点S收到所有返回的ECHO帧后，对NHList2的内容进行判断：

如果各个NHList2之间存在交集U，计算权重因子：

$Q_j=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{SR}}_{\mathrm{ij}}*{\mathrm{SNR}}_i,$ i∈NHList1,j∈U  (1)

式中SNR_i表示节点i的接收PING帧的信噪比，SR_ij表示节点i到节点j的通信成功率，选取使Q_j值达到最大的1个汇聚节点和n个中继节点，节点S在发送DATA帧之前，先发送一个短帧WAKE1，用于通知中继节点准备接收后续的DATA帧，WAKE1含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，中继节点列表RelayList，DATA帧源地址，DATA帧序列号>；

如果各个NHList2之间不存在交集U，计算权重因子：

Q_j＝SR_ij*SNR_i,i∈NHList1,j∈NHList2  (2)

选取Q_j值最大的1条路径作为S的唯一传输路径，发送DATA帧；

步骤5：当节点收到WAKE1后，如果该节点在中继节点列表RelayList中，则接收后续的DATA帧，对DATA进行解码：

如果不能正确解码DATA帧，并且接收信噪比超过转发门限，则先发送一个短帧WAKE2，用于通知汇聚节点准备接收后续的DATA帧，再将接收到的DATA帧信号放大后转发，WAKE2含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，DATA帧源地址，DATA帧序列号>；如果DATA帧信噪比小于转发门限，则放弃；

如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，当汇聚节点收到ACK1帧后，放弃接收其它中继节点转发的相同DATA帧；当其它中继节点收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧，当源节点收到ACK1帧后，统计历史通信成功率，计算公式为：

步骤6：当节点收到WAKE2后，如果该节点是汇聚节点，则等待接收所有转发的DATA帧后，通过对多个DATA帧接收信号进行合并处理以提高解码成功率，如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，然后汇聚节点继续转发DATA帧，重复步骤2-步骤6，直到DATA帧到达浮标网关节点；

如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，中继节点收到ACK2或NACK后转发，当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤2-步骤6，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧。

本发明的有益效果为：通过将相同的信号沿不同的转发节点到达同一个汇聚节点，不同信道为接收解码提供了空间上的分集增益。充分利用水声传感器网络的应用特点，将点对点通信与路由选择结合起来，将物理层技术与网络层路由技术相结合，采用跨层式协议设计方法，提高了协议效率，能够同时实现可靠的数据传输和中继节点选择。

附图说明

图1是水声传感器网络拓扑结构示意图1；

图2是水声传感器网络拓扑结构示意图2；

图3是接收HELLO帧的处理流程图；

图4是接收PING帧的处理流程图；

图5是接收ECHO帧的处理流程图；

图6是收到WAKE1帧后的处理流程图；

图7是收到ACK1帧后的处理流程图；

图8是收到WAKE2帧后的处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：

网络信息帧分为控制帧和数据帧，控制帧是短帧，用于传递少量的控制信息，一般采用较可靠的低速率调制方式；数据帧是长帧，用于传递大量的有效数据信息，一般采用高速率的调制方式。在本发明中，控制帧包括HELLO、PING、ECHO、WAKE1、WAKE2、ACK1和ACK2帧，数据帧用DATA帧表示。以图1所示的水声传感器网络拓扑结构为例，本发明的实现过程如下：

步骤1：网络初始化，网络节点获取本地跳数、邻节点地址及其跳数。

初始状态时，所有节点的本地跳数等于0，邻节点表为空，对应的邻节点跳数为0，初始化序列号等于0。

开始网络初始化后，浮标网关节点O受无线电控制，开始广播HELLO帧，HELLO帧含有字段：<源节点地址，距离网关节点的跳数HopCount，初始化序列号>。图3为接收到HELLO帧后的处理流程图。初始源节点地址为O，HopCount等于0，初始化序列号为1。某时刻，节点D收到从节点E广播传来的HELLO帧，本实施例中假设此HELLO帧内容为：<节点E地址，HopCount＝N，初始化序列号为1>，于是节点D将节点E地址添加在邻节点表中，同时记录对应节点E的跳数等于N，然后更新源节点地址为D。经判断，发现接收到的初始化序列号(值等于1)与本地存储的初始化序列号(值等于0)不相同，于是更新本地初始化序列号为1，并且将本地跳数设置为N+1，然后将HopCount加1后继续广播HELLO帧。这样节点D就得到了本地跳数、邻节点E的地址及其跳数。同样，节点A、B、C和S也在接收到HELLO帧后，更新本地信息同时转发更新后的HELLO帧，这样就形成了如图1所示的一个网络拓扑结构，其中，浮标网关O是0跳节点，节点E是N跳节点，节点C、D是N+1跳节点，节点A、B是N+2跳节点，节点S是N+3跳节点。D的邻节点表中包含E、C、A、B；C的邻节点表中包含E、D、A、B；A的邻节点表中包含D、C、B、S；B的邻节点表中包含D、C、A、S；S的邻节点表中包含A、B。

当传感器节点有数据需要上行传输至浮标网关节点时，总是选择跳数小的节点作为中继节点，反之，如果浮标网关节点需要将数据下行传输到某个传感器节点，总是选择跳数大的节点作为中继节点。本实施例是以传感器数据上行传输为例。

步骤2：当节点S有数据需要发送给浮标网关节点O时，先发送PING帧，PING帧含有字段：<源节点地址,备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList1>。此时源节点地址是S，备选下一跳节点是节点S的邻节点表中跳数等于HC(S)减1的节点，HC(S)是节点S的跳数。节点S的跳数HC(S)等于N+3，因此备选下一跳节点数量为2，备选下一跳节点NHList1包括A、B。

步骤3：当节点收到PING帧后，如果该节点在PING帧的备选下一跳节点列表NHList1中，则返回ECHO帧，否则丢弃该PING帧。图4为接收到PING帧后的处理流程图。ECHO帧含有字段：<源节点地址，接收信噪比SNR，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList2，通信成功率列表SRList>。

以图1所示网络拓扑结构为例，当节点A、B收到PING帧后，发现本节点在PING帧的备选下一跳节点地址列表NHList1中，则返回ECHO帧。其中接收信噪比SNR是由节点A、B接收从节点S发来的PING帧时计算得到的。节点A、B的ECHO帧如下表：

	源节点地址	SNR	备选下一跳节点数量	NHList2	SRList
						A的ECHO帧	A的地址	SNRA＝8	2	节点C、D	SRAC＝0.7,SRAD＝0.8
B的ECHO帧	B的地址	SNRB＝7	2	节点C、D	SRBC＝0.6,SRBD＝0.7

步骤4：当节点收到返回的ECHO帧后，确定下一跳节点和汇聚节点。图5给出了接收ECHO帧的处理流程。以图1所示网络拓扑结构为例，当节点S收到节点A、B返回的ECHO帧，因为，2个NHList2之间存在交集U＝{C、D}，由公式(1)计算权重因子，

以C为汇聚节点，则：

Q_C＝SR_AC*SNR_A+SR_BC*SNR_B＝0.7*8+0.6*7＝9.8

以D为汇聚节点，则：

Q_D＝SR_AD*SNR_A+SR_BD*SNR_B＝0.8*8+0.7*7＝11.3

因此，选取A、B为2个下一跳节点，D为汇聚节点。这样，节点S与节点D之间的合成信道传递函数可以描述为α,β分别是在节点A、B处转发时的放大量，h是信道传递函数，是卷积运算符，从而为节点D的解码提供了2路空间分集信道。

在发送DATA帧之前，先发送一个短帧WAKE1，用于通知中继节点准备接收后续的DATA帧，WAKE1含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，中继节点列表RelayList，DATA帧源地址，DATA帧序列号>。图1所示网络拓扑结果中，WAKE1为<节点D地址，中继节点数量2，RelayList＝{A，B}，节点S地址，DATA帧序列号>。

如果返回NHList2之间不存在交集，以图2所示网络拓扑结构为例，节点A、B返回的ECHO信息如下表：

	源节点地址	SNR	备选下一跳节点数量	NHList2	SRList
						A的ECHO帧	A的地址	SNRA＝8	1	节点D	SRAD＝0.8
B的ECHO帧	B的地址	SNRB＝7	1	节点C	SRBC＝0.6,

由公式(2)计算权重因子，得到：

Q_C＝SR_BC*SNR_B＝0.6*7＝4.2

Q_D＝SR_AD*SNR_D＝0.8*8＝6.4

因此，选取A作为唯一的下一跳节点。

步骤5：当节点收到WAKE1帧后，如果该节点在中继节点列表RelayList中，则接收后续的DATA帧。图6是收到WAKE1帧后的流程处理图，对DATA进行解码：

如果不能正确解码DATA帧，并且接收信噪比超过转发门限，则先发送一个短帧WAKE2，用于通知汇聚节点准备接收后续的DATA帧，再将接收到的DATA帧信号放大后转发，WAKE2含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，如果信噪比小于转发门限，则放弃。

如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>。图7为收到ACK1帧后的处理流程图，当汇聚节点收到ACK1帧后，放弃接收其它中继节点转发的相同DATA帧，当其它中继节点收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧，当源节点收到ACK1帧后，统计历史通信成功率，计算公式为式3。

以图1所示网络拓扑结构为例，节点B收到WAKE1后，解析发现在中继节点列表RelayList中，则接收并对DATA解码：

如果不能正确解码DATA帧，则计算接收信噪比。如果信噪比大于转发门限，则先发送WAKE2，WAKE2为<节点D地址，中继节点数量2，节点S地址，DATA帧序列号>。然后将接收到得DATA帧信号放大后转发。如果信噪比小于转发门限，则放弃。

如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1为<节点D地址，节点B地址，节点S地址，DATA帧序列号，1>，当节点D收到ACK1帧后，放弃接收另一个中继节点A转发的相同的DATA帧；当节点A收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧；当节点S收到ACK1帧后，统计历史通信成功率，计算公式为式3。

步骤6：当节点收到WAKE2帧后，图8是收到WAKE2帧后的处理流程图，如果该节点是汇聚节点，则等待接收所有转发的DATA帧后，通过对多个DATA帧接收信号进行合并处理以提高解码成功率，如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，然后汇聚节点继续转发DATA帧，重复步骤2-步骤6，直到DATA帧到达浮标网关节点。

如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK帧含有字段：<汇聚节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，中继节点收到ACK2或NACK后转发，当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤2-步骤6，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧；

以图1所示网络拓扑结构为例，当节点D收到WAKE2帧后，解析发现是汇聚节点，则等待接收2个DATA帧，对这2个DATA帧进行合并处理并解码。如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2为<节点D地址，节点D地址，节点S地址，DATA帧序列号，2>，然后继续转发DATA帧，重复步骤2-步骤6，直到DATA帧到达浮标网关节点O。

如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK为：<节点D地址，节点S地址，DATA帧序列号>，节点A、B收到ACK2或NACK后转发。当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤2-步骤6，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧。

本发明针对水声传感器网络中由于点对点水声通信不稳定而引起网络时延增大甚至瘫痪的问题，通过将相同的信号由不同的中继节点转发到同一个汇聚节点，从而得到不同信道为接收解码提供的空间分集增益，进而提高网络环境下水声通信的可靠性。本发明从水声传感器网络的应用特点出发，采用跨层式协议设计方法，将水声物理层通信技术与路由技术结合，同时实现了可靠的水声通信和中继节点的优化选择，显著提高了网络的协议效率。

以上对本发明的描述不具有限制性，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明权利要求的保护的情况，作出本发明的其它结构变形和实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，网络进行初始化，浮标网关节点广播HELLO帧，HELLO帧含有字段：<源节点地址，距离网关节点的跳数，初始化序列号>，各个节点通过接收、解析、再生和转发HELLO帧，更新本地跳数、邻节点地址及其跳数；

步骤B，当网络中某节点S有数据需要发送给浮标网关节点时，先发送PING帧，PING帧含有字段：<源节点地址，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList1>；

步骤C，当任意节点收到PING帧后，如果该节点在PING帧的备选下一跳节点列表NHList1中，则返回ECHO帧，否则丢弃该PING帧，ECHO帧含有字段：<源节点地址，接收信噪比SNR，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList2，通信成功率列表SRList>；

步骤D，当节点S收到所有返回的ECHO帧后，对NHList2的内容进行判断：如果各个NHList2之间存在交集U，则通过计算得到1个汇聚节点和n个中继节点，节点S在发送DATA帧之前，先发送WAKE1帧，用于通知中继节点准备接收后续的DATA帧，WAKE1含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，中继节点列表RelayList，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，如果各个NHList2之间不存在交集U，则通过计算得到唯一传输路径，发送DATA帧；

步骤E，当节点收到WAKE1后，如果该节点在中继节点列表RelayList中，则接收后续的DATA帧，对DATA进行解码：如果不能正确解码DATA帧，并且接收信噪比超过转发门限，则先发送一个短帧WAKE2，用于通知汇聚节点准备接收后续的DATA帧，再将接收到的DATA帧信号放大后转发，WAKE2含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，如果DATA帧信噪比小于转发门限，则放弃，如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，当汇聚节点收到ACK1帧后，放弃接收其它中继节点转发的相同DATA帧，当其它中继节点收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧，当源节点收到ACK1帧后，统计历史通信成功率；

步骤F，当节点收到WAKE2后，如果该节点是汇聚节点，则等待接收所有转发的DATA帧，通过对多个DATA帧接收信号进行合并处理以提高解码成功率，如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，然后汇聚节点继续转发DATA帧，重复步骤B到步骤F，直到DATA帧到达浮标网关节点，如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，中继节点收到ACK2或NACK后转发，当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤B到步骤F，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧。

2.根据权利要求1所述的用于水声传感器网络的多路径协作通信方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：在网络初始化时，浮标网关节点广播HELLO帧，HELLO帧含有字段：<源节点地址，距离网关节点的跳数HopCount，初始化序列号>；浮标网关节点的跳数HopCount等于0，每次网络初始化均有唯一的序列号；在网络初始化时，节点收到HELLO帧后，将HELLO帧的源节点地址添加在邻节点表中，并记录HopCount作为新添加的邻节点的跳数，然后更新源节点地址；判断接收到的初始化序列号是否与本地存储的初始化序列号相同：

如果不同，更新本地初始化序列号，并且将本地跳数设置为HopCount加1，然后将HopCount加1后继续广播HELLO帧；

如果相同，记录相应的跳数HopCount，如果HopCount小于本地跳数，就将本地跳数设置为HopCount加1，并将HopCount加1后继续广播HELLO帧，否则，丢弃该HELLO包，这样每个节点就获得了本地跳数、邻节点地址及其跳数；

步骤2：当网络中某个节点S有数据需要发送给浮标网关节点时，先发送PING帧，PING帧含有字段：<源节点地址，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList1>，备选下一跳节点是节点S的邻节点表中跳数等于HC(S)减1的节点，HC(S)是节点S的跳数；

步骤3：当节点Y收到PING帧后，如果节点Y在PING帧的备选下一跳节点列表NHList1中，则返回ECHO帧，否则丢弃该PING帧；ECHO帧含有字段：<源节点地址，接收信噪比SNR，备选下一跳节点数量，备选下一跳节点列表NHList2，通信成功率列表SRList>，接收信噪比SNR是由Y接收PING帧时计算得到的，备选下一跳节点是节点Y的邻节点表中跳数等于HC(Y)减1的节点，HC(Y)是节点Y的跳数，通信成功率列表SRList是Y与NHList2中各节点对应的历史成功通信率；

步骤4：当节点S收到所有返回的ECHO帧后，对NHList2的内容进行判断：

如果各个NHList2之间存在交集U，计算权重因子：

$Q_j=\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{SR}}_{\mathrm{ij}}*{\mathrm{SNR}}_i,$ i∈NHList1,j∈U                     (1)

式中SNR_i表示节点i的接收PING帧的信噪比，SR_ij表示节点i到节点j的通信成功率，选取使Q_j值达到最大的1个汇聚节点和n个中继节点，节点S在发送DATA帧之前，先发送一个短帧WAKE1，用于通知中继节点准备接收后续的DATA帧，WAKE1含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，中继节点列表RelayList，DATA帧源地址，DATA帧序列号>；

如果各个NHList2之间不存在交集U，计算权重因子：

Q_j＝SR_ij*SNR_i,i∈NHList1,j∈NHList2                 (2)

选取Q_j值最大的1条路径作为S的唯一传输路径，发送DATA帧；

步骤5：当节点收到WAKE1后，如果该节点在中继节点列表RelayList中，则接收后续的DATA帧，对DATA进行解码：

如果不能正确解码DATA帧，并且接收信噪比超过转发门限，则先发送一个短帧WAKE2，用于通知汇聚节点准备接收后续的DATA帧，再将接收到的DATA帧信号放大后转发，WAKE2含有字段：<汇聚节点地址，中继节点数量n，DATA帧源地址，DATA帧序列号>；如果DATA帧信噪比小于转发门限，则放弃；

如果能够正确解码DATA帧，则返回ACK1帧，ACK1帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，当汇聚节点收到ACK1帧后，放弃接收其它中继节点转发的相同DATA帧；当其它中继节点收到ACK1帧后，放弃转发相同DATA帧，当源节点收到ACK1帧后，统计历史通信成功率，计算公式为：

步骤6：当节点收到WAKE2后，如果该节点是汇聚节点，则等待接收所有转发的DATA帧后，通过对多个DATA帧接收信号进行合并处理以提高解码成功率，如果能够正确解码，则返回ACK2帧，ACK2帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号，ACK类别>，然后汇聚节点继续转发DATA帧，重复步骤2-步骤6，直到DATA帧到达浮标网关节点；

如果不能正确解码，则返回NACK帧，NACK帧含有字段：<汇聚节点地址，本地节点地址，DATA帧源地址，DATA帧序列号>，中继节点收到ACK2或NACK后转发，当节点S收到NACK帧后，重发计数器加1，重复步骤2-步骤6，直到重发计数器达到最大值，或收到ACK1帧，或收到ACK2帧。