CN113068116A - 一种近海无线自组网的通信信道选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近海无线自组网的通信信道选择方法，包括以下步骤：S1、构建海上无线自组网，所述海上无线自组网包括若干无人艇节点；S2、所述无人艇节点获取海上无线自组网内其他无人艇节点的运行信息，所述运行信息包括无人艇的节点编号、位置、速度和行驶方向；S3、无人艇节点发送或转送数据时，计算当前无人艇节点与各邻居无人艇节点之间通信信道的质量，根据所述的通信信道的质量确定下一跳邻居无人艇节点。通过构建海上无线自组网，使无人艇与岸端基站之间具有多条通信信道，当其中一条或多条通信信道出现故障时，仍旧能保证无人艇与岸端基站之间的数据能正常传输，保证了数据传输的稳定性，提高了数据传输的可靠性。

Description

一种近海无线自组网的通信信道选择方法

技术领域

本发明涉及海上通信技术领域，尤其涉及一种近海无线自组网的通信信道选择方法。

背景技术

现有的海上通信过程中，无人艇与岸端基站之间的通信信道往往只有一条。然而由于无人艇工作水面的多样性和复杂性，使得无人艇与中继站和基站之间的通信信道受到外界干扰导致通信质量下降，导致数据传输产生时延，严重的甚至导致通信中断，进而导致数据传输的稳定性较差。

无线自组网具有自组织、自管理等组网技术优势，能适用于在无公共网络覆盖的区域进行无线自组网的需求，实施通信保障的任务。

例如，中国专利文献CN203812089U公开了“一种具有船载无线通信系统的无人艇”，包括艇体，该艇体内设有动力系统、控制系统、无线通信系统和电源系统，该动力系统包括发动机组、启动电池组、喷水泵和转向机构；该控制系统包括依次连接的传感器、控制器和执行机构，该执行机构包括油门和方向舵；该无线通信系统包括两套独立的无线数传链路，该无线数传链路包括数据电台和天线。上述专利的不足之处在于无线数传链路数量较少，一旦无线数传链路出现故障，则会导致数据无法正常上传，可靠性较差。

发明内容

本发明主要解决现有的无人艇数据传输的可靠性和稳定性较差的技术问题；提供一种近海无线自组网的通信信道选择方法，通过构建海上无线自组网，使无人艇与岸端基站之间具有多条通信信道，当其中一条或多条通信信道出现故障时，仍旧能保证无人艇与岸端基站之间的数据能正常传输，保证了数据传输的稳定性，提高了数据传输的可靠性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：

S1、构建海上无线自组网，所述海上无线自组网包括若干无人艇节点；

S2、所述无人艇节点获取海上无线自组网内其他无人艇节点的运行信息，所述运行信息包括无人艇的节点编号、位置、速度和行驶方向；

S3、无人艇节点发送或转送数据时，计算当前无人艇节点与各邻居无人艇节点之间通信信道的质量，根据所述的通信信道的质量确定下一跳邻居无人艇节点。

通过构建海上无线自组网，使无人艇与岸端基站之间具有多条通信信道，当其中一条或多条通信信道出现故障时，仍旧能保证无人艇与岸端基站之间的数据能正常传输，保证了数据传输的稳定性，提高了数据传输的可靠性。

作为优选，所述的步骤S1具体包括：

根据任务所需，确定任务执行无人艇的数量，将任务执行无人艇作为源无人艇节点；在任务执行无人艇的工作执行区域与岸端基站之间布放中继无人艇，将中继无人艇作为中继无人艇节点，由源无人艇节点、中继无人艇节点和岸端基站构建海上无线自组网。

作为优选，所述的步骤S2具体包括：

S21、无人艇节点将自身的运行信息以报文信息的形式向海上无线自组网中的其他无人艇节点周期性发送，报文信息包括无人艇的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息；

S22、无人艇节点接收并解读报文信息，判断报文信息中的自定义字段中是否包含本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，若包含，则丢弃该报文信息，反之，则记录报文信息中的所有其他无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，同时将本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息附加到报文信息中的自定义字段中并转发报文信息。

判断报文信息中的自定义字段中是否包含本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，有效防止将同一份报文信息进行重复发送，减少了通信资源的浪费。

作为优选，所述的步骤S3具体包括：

S31、无人艇节点根据记录的其他无人艇节点的最新运行信息，筛选出位于有效通信范围内的邻居无人艇节点；

S32、确定评价信息的多个评价指标；

S33、根据所述评价指标对当前无人艇节点与有效通信范围内的各邻居无人艇节点之间的通信信道进行质量评估，获取通信信道的质量评估值；

S34、将质量评估值最优的通信信道所对应的邻居无人艇节点确定为下一跳邻居无人艇节点。

将质量评估值最优的通信信道所对应的邻居无人艇节点确定为下一跳邻居无人艇节点，进一步保证了数据传输的稳定性。

作为优选，所述的评价指标包括信道容量C、传输时延τ和传输资费Q：

C＝B×log2(1+S/N)，

其中，B表示带宽，S表示信号平均功率，N表示噪声功率，10×lg(S/N)＝信噪比；

τ＝τ_dp+τ_dt＝M/V+L/R，

其中，τ_dp表示传播时延，τ_dt表示传输时延，M表示信道长度，V表示信道上的传播速度，L表示数据帧长度，R表示信道带宽；

Q＝I·u/C_I，

其中，I表示传输数据量，u表示单位时间内信道的租用价格，C_I表示传输速率。

作为优选，所述的步骤S33具体包括：

计算信道容量C的评估值：

其中

表示第m条通信信道的信道容量评估值，C^m表示第m条通信信道的信道容量，{C¹,C²,…,Cⁿ}_max表示n条通信信道中的信道容量的最大值，{C¹,C²,…,Cⁿ}_min表示n条通信信道中的信道容量的最小值，m＝1,2，…n；

计算传输时延τ的评估值：

其中

表示第m条通信信道的传输时延评估值，τ^m表示第m条通信信道的传输时延，{τ¹,τ²,…,τⁿ}_max表示n条通信信道中的传输时延的最大值，{τ¹,τ²,…,τⁿ}_min表示n条通信信道中的传输时延的最小值，m＝1,2，…n；

计算传输资费Q的评估值：

其中

表示第m条通信信道的传输资费评估值，Q^m表示第m条通信信道的传输资费，{Q¹,Q²,…,Qⁿ}_max表示n条通信信道中的传输资费的最大值，{Q¹,Q²,…,Qⁿ}_min表示n条通信信道中的传输资费的最小值，m＝1,2，…n；

计算通信信道的质量评估值:

其中P^m表示第m条通信信道的质量评估值，f₁表示信道容量C的评估值的权重系数，f₂表示传输时延τ的评估值的权重系数，f₃表示传输资费Q的评估值的权重系数。

作为优选，所述的步骤S3还包括：

S35、计算无人艇节点单位时间内接收到的数据的数量，并与设定阈值进行比对，若单位时间内接收到的数据的数量超过设定阈值，则暂停数据的转发直至单位时间内接收到的数据的数量不超过设定阈值，反之，则正常将数据转发值确定的下一跳邻居无人艇节点。

当单位时间内接收到的数据的数量超过设定阈值，则暂停数据的转发直至单位时间内接收到的数据的数量不超过设定阈值，防止数据的传输量超过通信信道的通信容量，保障了数据传输的稳定性。

作为优选，所述的海上无线自组网的数量大于等于2。

海上无线自组网的数量大于等于2，可以同时在近海的多个区域进行作业，由于海上无线自组网之间也可以进行相互通信，因此，进一步扩大了无人艇在只依靠自身携带通信电台时的通信传播距离。

本发明的有益效果是：通过构建海上无线自组网，使无人艇与岸端基站之间具有多条通信信道，当其中一条或多条通信信道出现故障时，仍旧能保证无人艇与岸端基站之间的数据能正常传输，保证了数据传输的稳定性，提高了数据传输的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法的一种流程图。

图2是本发明海上无线自组网的一种结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、构建海上无线自组网，海上无线自组网包括若干无人艇节点：

根据任务所需，确定任务执行无人艇的数量，将任务执行无人艇作为源无人艇节点；在任务执行无人艇的工作执行区域与岸端基站之间布放中继无人艇，将中继无人艇作为中继无人艇节点，由源无人艇节点、中继无人艇节点和岸端基站构建海上无线自组网，如图2所示；

S2、无人艇节点获取海上无线自组网内其他无人艇节点的运行信息，运行信息包括无人艇的节点编号、位置、速度和行驶方向：

S21、无人艇节点将自身的运行信息以报文信息的形式向海上无线自组网中的其他无人艇节点周期性发送，报文信息包括无人艇的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息；

S22、无人艇节点接收并解读报文信息，判断报文信息中的自定义字段中是否包含本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，若包含，则丢弃该报文信息，反之，则记录报文信息中的所有其他无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，同时将本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息附加到报文信息中的自定义字段中并转发报文信息；

S3、无人艇节点发送或转送数据时，计算当前无人艇节点与各邻居无人艇节点之间通信信道的质量，根据通信信道的质量确定下一跳邻居无人艇节点：

S31、无人艇节点根据记录的其他无人艇节点的最新运行信息，筛选出位于有效通信范围内的邻居无人艇节点；

S32、确定评价信息的多个评价指标：

评价指标包括信道容量C、传输时延τ和传输资费Q：

C＝B×log2(1+S/N)，

其中，B表示带宽，S表示信号平均功率，N表示噪声功率，10×lg(S/N)＝信噪比；

τ＝τ_dp+τ_dt＝M/V+L/R，

其中，τ_dp表示传播时延，τ_dt表示传输时延，M表示信道长度，V表示信道上的传播速度，L表示数据帧长度，R表示信道带宽；

Q＝I·u/C_I，

其中，I表示传输数据量，u表示单位时间内信道的租用价格，C_I表示传输速率；

S33、根据评价指标对当前无人艇节点与有效通信范围内的各邻居无人艇节点之间的通信信道进行质量评估，获取通信信道的质量评估值：

计算信道容量C的评估值：

其中

表示第m条通信信道的信道容量评估值，C^m表示第m条通信信道的信道容量，{C¹,C²,…,Cⁿ}_max表示n条通信信道中的信道容量的最大值，{C¹,C²,…,Cⁿ}_min表示n条通信信道中的信道容量的最小值，m＝1,2，…n；

计算传输时延τ的评估值：

其中

表示第m条通信信道的传输时延评估值，τ^m表示第m条通信信道的传输时延，{τ¹,τ²,…,τⁿ}_max表示n条通信信道中的传输时延的最大值，{τ¹,τ²,…,τⁿ}_min表示n条通信信道中的传输时延的最小值，m＝1,2，…n；

计算传输资费Q的评估值：

其中

表示第m条通信信道的传输资费评估值，Q^m表示第m条通信信道的传输资费，{Q¹,Q²,…,Qⁿ}_max表示n条通信信道中的传输资费的最大值，{Q¹,Q²,…,Qⁿ}_min表示n条通信信道中的传输资费的最小值，m＝1,2，…n；

计算通信信道的质量评估值:

其中P^m表示第m条通信信道的质量评估值，f₁表示信道容量C的评估值的权重系数，f₂表示传输时延τ的评估值的权重系数，f₃表示传输资费Q的评估值的权重系数；

S34、将质量评估值最优的通信信道所对应的邻居无人艇节点确定为下一跳邻居无人艇节点；

S35、计算无人艇节点单位时间内接收到的数据的数量，并与设定阈值进行比对，若单位时间内接收到的数据的数量超过设定阈值，则暂停数据的转发直至单位时间内接收到的数据的数量不超过设定阈值，反之，则正常将数据转发值确定的下一跳邻居无人艇节点。

本实施例通过构建海上无线自组网，使无人艇与岸端基站之间具有多条通信信道，当其中一条或多条通信信道出现故障时，仍旧能保证无人艇与岸端基站之间的数据能正常传输，保证了数据传输的稳定性，提高了数据传输的可靠性。

本实施例中的海上无线自组网的数量可以大于等于2，保证了无人艇可以同时在近海的多个区域进行作业，由于海上无线自组网之间也可以进行相互通信，因此，进一步扩大了无人艇在只依靠自身携带通信电台时的通信传播距离。

Claims (8)

1.一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建海上无线自组网，所述海上无线自组网包括若干无人艇节点；

S2、所述无人艇节点获取海上无线自组网内其他无人艇节点的运行信息，所述运行信息包括无人艇的节点编号、位置、速度和行驶方向；

S3、无人艇节点发送或转送数据时，计算当前无人艇节点与各邻居无人艇节点之间通信信道的质量，根据所述的通信信道的质量确定下一跳邻居无人艇节点。

2.根据权利要求1所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

根据任务所需，确定任务执行无人艇的数量，将任务执行无人艇作为源无人艇节点；在任务执行无人艇的工作执行区域与岸端基站之间布放中继无人艇，将中继无人艇作为中继无人艇节点，由源无人艇节点、中继无人艇节点和岸端基站构建海上无线自组网。

3.根据权利要求1所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、无人艇节点将自身的运行信息以报文信息的形式向海上无线自组网中的其他无人艇节点周期性发送，报文信息包括无人艇的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息；

S22、无人艇节点接收并解读报文信息，判断报文信息中的自定义字段中是否包含本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，若包含，则丢弃该报文信息，反之，则记录报文信息中的所有其他无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息，同时将本无人艇节点的节点编号、位置信息、速度信息和行驶信息附加到报文信息中的自定义字段中并转发报文信息。

4.根据权利要求1所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31、无人艇节点根据记录的其他无人艇节点的最新运行信息，筛选出位于有效通信范围内的邻居无人艇节点；

S32、确定评价信息的多个评价指标；

S33、根据所述评价指标对当前无人艇节点与有效通信范围内的各邻居无人艇节点之间的通信信道进行质量评估，获取通信信道的质量评估值；

S34、将质量评估值最优的通信信道所对应的邻居无人艇节点确定为下一跳邻居无人艇节点。

5.根据权利要求4所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述评价指标包括信道容量C、传输时延τ和传输资费Q：

C＝B×log 2(1+S/N)，

其中，B表示带宽，S表示信号平均功率，N表示噪声功率，10×lg(S/N)＝信噪比；

τ＝τ_dp+τ_dt＝M/V+L/R，

其中，τ_dp表示传播时延，τ_dt表示传输时延，M表示信道长度，V表示信道上的传播速度，L表示数据帧长度，R表示信道带宽；

Q＝I·u/C_I，

其中，I表示传输数据量，u表示单位时间内信道的租用价格，C_I表示传输速率。

6.根据权利要求5所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述步骤S33具体包括：

计算信道容量C的评估值：

其中

表示第m条通信信道的信道容量评估值，C^m表示第m条通信信道的信道容量，{C¹,C²,…,Cⁿ}_max表示n条通信信道中的信道容量的最大值，{C¹,C²,…,Cⁿ}_min表示n条通信信道中的信道容量的最小值，m＝1,2，…n；

计算传输时延τ的评估值：

其中

表示第m条通信信道的传输时延评估值，τ^m表示第m条通信信道的传输时延，{τ¹,τ²,…,τⁿ}_max表示n条通信信道中的传输时延的最大值，{τ¹,τ²,…,τⁿ}_min表示n条通信信道中的传输时延的最小值，m＝1,2，…n；

计算传输资费Q的评估值：

其中

表示第m条通信信道的传输资费评估值，Q^m表示第m条通信信道的传输资费，{Q¹,Q²,…,Qⁿ}_max表示n条通信信道中的传输资费的最大值，{Q¹,Q²,…,Qⁿ}_min表示n条通信信道中的传输资费的最小值，m＝1,2，…n；

计算通信信道的质量评估值:

其中P^m表示第m条通信信道的质量评估值，f₁表示信道容量C的评估值的权重系数，f₂表示传输时延τ的评估值的权重系数，f₃表示传输资费Q的评估值的权重系数。

7.根据权利要求4所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

S35、计算无人艇节点单位时间内接收到的数据的数量，并与设定阈值进行比对，若单位时间内接收到的数据的数量超过设定阈值，则暂停数据的转发直至单位时间内接收到的数据的数量不超过设定阈值，反之，则正常将数据转发值确定的下一跳邻居无人艇节点。

8.根据权利要求1所述的一种近海无线自组网的通信信道选择方法，其特征在于，所述海上无线自组网的数量大于等于2。

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