CN107124231A - 水声通信网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水声通信网络系统，该系统由分布在不同地点的多个节点构成分布式网络，任一节点与至少两个节点相连；每个节点均配置有物理地址号、识别号和公共网络号；每个节点均设置成接收存储转发模式，所述接收存储转发模式为接收上一节点的数据包，存储备份所述数据包于本地，转发所述数据包至下一节点；任一节点均采用动态路由算法建立通信链路。该水声通信网络系统中的任一一节点被破环时，不会影响整个网络的正常工作。

Description

水声通信网络系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及水声通信网络系统。

背景技术

由于在水下无线电信号受到很大的衰减，因此不适合用于水下通信，光波在水中的散射和衰减也很严重，也不适合用于水下通信。

目前在水下常使用水声作为数据通信介质。但由于水声信道的时间-空间-频率的变化特性,水声信道也是最困难的随机多径传输无线通信信道，水声信道具有有效带宽较低、误码率高、损耗大、多径传播干扰的特点。

现有的水声通信网络系统大多都属于中央控制式网络，都有一个或多个中心节点，一旦中心节点遭到破坏或无法正常工作，就造成整体网络系统的崩溃。水声通信网络系统中接入的节点数量有限并且需要事先为每个节点指定传输路径，使得水声通信网络系统的覆盖和使用范围受到了很大的限制。再加上水声信道损耗大、多径传播干扰的特点导致现有的水声通信网络系统经常会出现数据传输易中断以及传输延迟长的问题，导致实际工作效率低下。

如何提供一种稳定可靠的水声通信网络系统是当前亟待解决的一个问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种水声通信网络系统，该系统由分布在不同地点的多个节点构成分布式网络，任一节点与至少两个节点相连；每个节点均配置有物理地址号、识别号和公共网络号；每个节点均设置成接收存储转发模式，所述接收存储转发模式为接收上一节点的数据包，存储备份所述数据包于本地，转发所述数据包至下一节点；任一节点均采用动态路由算法建立通信链路。

作为上述技术方案的进一步改进，当有新增节点加入所述水声通信网络系统时，所述新增节点通过广播方式发出一信息识别包，所述信息识别包包括：物理地址号、识别号、公共网络号和转发集合树数据；相邻节点接收到所述信息识别包后，将所述转发集合树数据加入其转发集合矩阵树中，所述转发集合矩阵树包含了所有可行的转发链路。

作为上述技术方案的进一步改进，当源节点有数据包需要发送给目的节点时，所述源节点沿第一路径传输所述数据包至所述目的节点，当所述目的节点在预设的时间范围内没有收到所述数据包时，所述源节点将沿第二路径传输所述数据包至所述目的节点。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一路径为所述源节点到所述目的节点的最优路径，所述第二路径为所述源节点到所述目的节点的次优路径。

作为上述技术方案的进一步改进，当所述源节点沿所述第二路径发出所述数据包后所述目的节点收到所述源节点沿所述第一路径传输的所述数据包时，所述目的节点沿所述第二路径的逆向发出撤销删除包，所述第二路径沿途的节点收到所述撤销删除包后，将撤销沿所述第二路径发出所述数据包的转发。

作为上述技术方案的进一步改进，当目的节点收到源节点发送过来的数据包时，所述目的节点将按照所述数据包的接收路径的逆向转发收到确认包，所述接收路径沿途的节点收到所述收到确认包后，将本地保存的备份数据包删除。

作为上述技术方案的进一步改进，节点本地保存的备份数据包保存时长超过预设时长时，将删除本地保存的所述备份数据包。

作为上述技术方案的进一步改进，当节点检测到自身的故障告警时，所述节点将通过广播方式发出故障预警包，其他节点收到所述节点的故障预警包将保存于本地，并重新启用动态路由算法建立新的通信链路转发路径以绕开所述节点。

作为上述技术方案的进一步改进，所述故障告警包括：部分功能故障以及节点的剩余能量低于预设值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述动态路由算法为Dijkstra算法。

本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：

(1)无中心节点，每个节点都包含了全网的所有节点信息，并在有新的节点加入网络时，将新节点存储于本节点的矩阵树中。当需转发数据包时，自动计算出最优，次优等转发路径。当某一节点被破环时，不会影响整个网络的正常工作。

(2)减少了可能重传的数目，即也减少了在这些重传中消耗的能量。提高了整网节点的实际生命周期。

(3)由于水声时域的影响，连接性的短暂性丢失是可能发生的，而多个转发节点中只需要有一个能正确接收到该数据包即可。使用多于一个节点作为转发节点会减少数据包出现错误的概率，水下声信号的传播距离很长，许多节点都可以侦听到整个传输过程，本发明利用相邻节点作为数据包的备份备用，减少了丢包率，提高了数据在水声网络中传输的可靠性。

(4)目前由于CPU计算速度的提高和大容量内存的普及应用，分布式全息节点的路径计算和数据包的存储备份不再是很大的成本开销，为本发明的实际应用铺平了道路。使用本发明对于减少整个网络重传的次数，降低传输的延迟，提高系统的可靠性和整网系统性能尤为有益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提出的一种水声通信网络系统的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

一种水声通信网络系统，由分布在不同地点的多个节点构成分布式网络，任一节点与至少两个节点相连。

每个节点均配置有物理地址号、识别号和公共网络号。

每个节点均设置成接收存储转发模式。

接收存储转发模式为接收上一节点的数据包，存储备份所述数据包于本地，转发所述数据包至下一节点。

任一节点均采用动态路由算法建立通信链路。

当有新增节点加入所述水声通信网络系统时，所述新增节点通过广播方式发出一信息识别包，所述信息识别包包括：物理地址号、识别号、公共网络号和转发集合树数据；相邻节点接收到所述信息识别包后，将所述转发集合树数据加入其转发集合矩阵树中，所述转发集合矩阵树包含了所有可行的转发链路。

当源节点有数据包需要发送给目的节点时，所述源节点沿第一路径传输所述数据包至所述目的节点，当所述目的节点在预设的时间范围内没有收到所述数据包时，所述源节点将沿第二路径传输所述数据包至所述目的节点。

所述第一路径为所述源节点到所述目的节点的最优路径，所述第二路径为所述源节点到所述目的节点的次优路径。

当所述源节点沿所述第二路径发出所述数据包后所述目的节点收到所述源节点沿所述第一路径传输的所述数据包时，所述目的节点沿所述第二路径的逆向发出撤销删除包，所述第二路径沿途的节点收到所述撤销删除包后，将撤销沿所述第二路径发出所述数据包的转发。

当目的节点收到源节点发送过来的数据包时，所述目的节点将按照所述数据包的接收路径的逆向转发收到确认包，所述接收路径沿途的节点收到所述收到确认包后，将本地保存的备份数据包删除。

节点本地保存的备份数据包保存时长超过预设时长时，将删除本地保存的所述备份数据包。

当节点检测到自身的故障告警时，所述节点将通过广播方式发出故障预警包，其他节点收到所述节点的故障预警包将保存于本地，并重新启用动态路由算法建立新的通信链路转发路径以绕开所述节点。

所述故障告警包括：部分功能故障以及节点的剩余能量低于预设值。

动态路由算法为Dijkstra算法。

Dijkstra算法是典型的单源最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法是很有代表性的最短路径算法。

如图1所示，一种水声通信网络系统，包括节点A，节点B,节点C,节点D，节点E。节点A，节点B,节点C,节点D和节点E构成一个分布式网络系统。

节点A与节点B、节点C以及节点E相连。节点B与节点A、节点C以及节点E相连。节点C与节点A、节点B以及节点D相连。节点D与节点C以及节点E相连。节点E与节点A、节点B以及节点D相连。

节点A，节点B,节点C,节点D和节点E均配置有不同的物理地址号、不同的识别号。以便能否相互区分。

节点A，节点B,节点C,节点D和节点E具有相同的公共网络号。

具有相同的公共网络号的节点可以组成一个分布式网络系统。

节点A，节点B,节点C,节点D和节点E均设置成接收存储转发模式。

接收存储转发模式为接收上一节点的数据包，存储备份所述数据包于本地，转发所述数据包至下一节点。

例如：当数据包从节点A发出，途经节点B，到达节点C，节点B在本地会存储备份数据包。

节点A，节点B,节点C,节点D和节点E均采用动态路由算法建立通信链路。

当有新增节点加入所述水声通信网络系统时，所述新增节点通过广播方式发出一信息识别包，所述信息识别包包括：物理地址号、识别号、公共网络号和转发集合树数据；相邻节点接收到所述信息识别包后，将所述转发集合树数据加入其转发集合矩阵树中，所述转发集合矩阵树包含了所有可行的转发链路。加入水声通信网络系统的新增节点的公共网络号需要与水声通信网络系统中所有节点的公共网络号相同。

当节点A为源节点，节点D为目的节点。由于每个节点之间的距离不同，两个节点之间的通信开销各不相同。节点A到节点D的最小开销路径为A-B-E-D,其最小开销为10+10+20＝40。

节点A到节点D的第二小开销路径为A-B-C-D,其开销为10+5+30＝45。

节点A到节点D的第三小开销路径为A-E-D,其开销为30+20＝50。

当源节点A有数据包需要发送给目的节点D时，源节点A沿第一路径A-B-E-D传输所述数据包至目的节点D，当目的节点D在预设的时间范围内没有收到所述数据包时，源节点A将沿第二路径A-B-C-D传输所述数据包至目的节点D。

第一路径A-B-E-D为源节点A到目的节点D的最优路径，第二路径A-B-C-D为源节点A到目的节点D的次优路径。

当源节点A沿第二路径A-B-C-D发出所述数据包后目的节点D收到源节点A沿第一路径A-B-E-D传输的所述数据包时，目的节点D沿第二路径A-B-C-D的逆向D-C-B-A发出撤销删除包，第二路径沿途的节点收到所述撤销删除包后，将撤销沿所述第二路径A-B-C-D发出所述数据包的转发。

当目的节点D按接收路径A-B-E-D收到源节点A发送过来的数据包时，目的节点D将按照所述数据包的接收路径A-B-E-D的逆向D-E-B-A转发收到确认包，沿途的节点E和节点B收到所述收到确认包后，将本地保存的备份数据包删除。

节点A，节点B,节点C,节点D和节点E本地保存的备份数据包保存时长超过预设时长时，将删除本地保存的所述备份数据包。

当节点B检测到自身的故障告警时，节点B将通过广播方式发出故障预警包，节点A、节点C和节点E收到节点B的故障预警包将保存于本地，并重新启用动态路由算法建立新的通信链路转发路径以绕开节点B。

当重新启用动态路由算法建立新的通信链路转发路径后，节点A到节点D的转发路径变化如下：

节点A到节点D的最小开销路径为A-E-D,其最小开销为30+20＝50。

节点A到节点D的第二小开销路径为A-C-D,其开销为25+30＝55。

所述故障告警包括：部分功能故障以及节点的剩余能量低于预设值。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水声通信网络系统，其特征在于，包括分布在不同地点的多个节点构成的分布式网络，任一节点与至少两个节点相连；每个节点均配置有物理地址号、识别号和公共网络号；每个节点均设置成接收存储转发模式，所述接收存储转发模式为接收上一节点的数据包，存储备份所述数据包于本地，转发所述数据包至下一节点；任一节点均采用动态路由算法建立通信链路。

2.根据权利要求1所述的水声通信网络系统，其特征在于，当有新增节点加入所述水声通信网络系统时，所述新增节点通过广播方式发出一信息识别包，所述信息识别包包括：物理地址号、识别号、公共网络号和转发集合树数据；相邻节点接收到所述信息识别包后，将所述转发集合树数据加入其转发集合矩阵树中，所述转发集合矩阵树包含了所有可行的转发链路。

3.根据权利要求1所述的水声通信网络系统，其特征在于，当源节点有数据包需要发送给目的节点时，所述源节点沿第一路径传输所述数据包至所述目的节点，当所述目的节点在预设的时间范围内没有收到所述数据包时，所述源节点将沿第二路径传输所述数据包至所述目的节点。

4.根据权利要求3所述的水声通信网络系统，其特征在于，所述第一路径为所述源节点到所述目的节点的最优路径，所述第二路径为所述源节点到所述目的节点的次优路径。

5.根据权利要求3所述的水声通信网络系统，其特征在于，当所述源节点沿所述第二路径发出所述数据包后所述目的节点收到所述源节点沿所述第一路径传输的所述数据包时，所述目的节点沿所述第二路径的逆向发出撤销删除包，所述第二路径沿途的节点收到所述撤销删除包后，将撤销沿所述第二路径发出所述数据包的转发。

6.根据权利要求1所述的水声通信网络系统，其特征在于，当目的节点收到源节点发送过来的数据包时，所述目的节点将按照所述数据包的接收路径的逆向转发收到确认包，所述接收路径沿途的节点收到所述收到确认包后，将本地保存的备份数据包删除。

7.根据权利要求1所述的水声通信网络系统，其特征在于，节点本地保存的备份数据包保存时长超过预设时长时，将删除本地保存的所述备份数据包。

8.根据权利要求1所述的水声通信网络系统，其特征在于，当节点检测到自身的故障告警时，所述节点将通过广播方式发出故障预警包，其他节点收到所述节点的故障预警包将保存于本地，并重新启用动态路由算法建立新的通信链路转发路径以绕开所述节点。

9.根据权利要求8所述的水声通信网络系统，其特征在于，所述故障告警包括：部分功能故障以及节点的剩余能量低于预设值。

10.根据权利要求1所述的水声通信网络系统，其特征在于，所述动态路由算法为Dijkstra算法。