CN114401317A - 一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于数字信息的传输领域，尤其涉及一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法及系统。该方法包括：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方。本发明不仅可以更加主动地进行海洋边缘节点自由组网与数据包主动缓存，更能高效利用海洋边缘节点，降低数据传输时延，提高整体系统鲁棒性。

Description

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法及系统

技术领域

本发明属于数字信息的传输领域，尤其涉及一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着现代航海事业的快速发展，海洋浮标在水文水质检测、气象观测、标记航道范围等方面发挥了重要作用。但是海洋浮标的投放需要派出作业船专门进行，而且海洋复杂的水文天气环境也会导致海洋浮标事故频繁，导致了海洋浮标投放频繁、成果高等问题。因此，一次性投放多个海洋浮标，通过缓存方式进行海洋浮标间数据的冗余备份，在一个节点出现故障时，其他节点可以根据自身缓存数据快速替代故障节点，从而提高系统的鲁棒性降低海洋浮标投放频次和成本具有重要的现实意义。但由于海洋浮标节点的数据处理能力、设备的能量供给和缓存空间等相比有线网络更加有限，所以节约其中的缓存开销是十分必要的。相关学者对此进行了研究，如近期的一项研究通过提出了一种基于节点在网络中的位置、缓存空间的大小等因素的分布式缓存机制，对无线网络进行了针对性设计，作者的贡献在于使用这种缓存机制的同时无形中改变了网络的拓扑结构模型。使用该方法能够将无线自组织网络中比较复杂多变的任意拓扑结构转化成层级式拓扑结构。实现原理是：选出核心节点并组成连通支配集，然后以核心节点为组长对网络中的其他普通节点规划分组，分组时不仅要基于支配集内的核心节点，还要综合网络的实际需求和拓扑信息。此缓存策略的设计原理是将流行度高的内容缓存到各个核心节点上，减少普通节点上的拷贝。

但目前将缓存技术应用于海洋浮标系统还面临诸多挑战，目前虽然已经有相关研究提出在水下传感器网络（Underwater Wireless Sensor NetworksUWSNs）和船舶通信系统中应用缓存技术并进行了试验模拟，这些初步的实验所使用的网络拓扑结构和环境参数设置比较理论，距离真实环境的测试还有较长的路要走。具体包括以下几个不足：

第一，缓存技术是数据的需求方驱动的，类似于 http 协议都是基于“拉”动作的请求-响应架构。在缓存技术中没有设计基于“推”动作的信息交互功能，即在不被请求的情况下，数据没有被主动传输到其他节点的功能。在互联网的应用场景中，一个网络结构应该是能够支持信息的主动传输的，例如邮箱的信件推送、不定时内容的主动推送、临时和紧急信息的推送等等；push 技术的研究和应用已经比较成熟，主要有三种主流实现方式：CGI方式、push 服务器方式、客户代理方式。在海洋观测网中，对于一些固定节点的固定任务其实并不需要总是发送请求再响应，这个模式浪费了传输兴趣包的信道和带宽。（但是这种模式从安全性上考虑也有一定的好处，也就是内容的请求方掌握了全面的主动性，不是其自己主动请求的数据是不会被接收的。）

第二，缓存技术对于端到端指令信号的处理不友好。由于缓存技术最开始是为内容的分发而设计的，是以内容为中心而不是以主机为中心的数据传输机制，并且兴趣包本身是不带有信息含义作用的，所以当一个节点想要特定对某个节点进行远程指令控制时会存在一定问题，而在海底观测网中这种指令的传输是很有必要的，因为指挥中心需要实时地对水下航行器和作业机器人等设备进行运动指挥和状态的控制并且需要得到任务执行完成的反馈。关于这一点的解决方法和第一点其实在原理上是类似的，都是要解决网络中某个节点主动地向特定节点进行信息的推送问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法及系统，其能够实现海洋观测网络缓存空间的高效利用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法。

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，包括：

获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定浅水区传播损失系数和深水区传播损失系数，根据浅水区传播损失系数、深水区传播损失系数和传播距离确定数据传输损耗函数；根据定数据传输损耗函数确定备份节点信号接收功率，根据备份节点信号接收功率，确定发送比特数据所需能量开销，根据发送比特数据所需能量开销确定损耗模型；基于所述损耗模型和需要接收数据包的备份节点，完成数据包的发送。

本发明的第二个方面提供一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统。

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统，包括：

第一响应模块，其被配置为：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

第二响应模块，其被配置为：若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定浅水区传播损失系数和深水区传播损失系数，根据浅水区传播损失系数、深水区传播损失系数和传播距离确定数据传输损耗函数；根据定数据传输损耗函数确定备份节点信号接收功率，根据备份节点信号接收功率，确定发送比特数据所需能量开销，根据发送比特数据所需能量开销确定损耗模型；基于所述损耗模型和需要接收数据包的备份节点，完成数据包的发送。

本发明的第三个方面提供一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法。

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，包括：

获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，根据所述每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，确定发送节点与接收节点之间的路径成本；以发送节点至接收节点的路由成本为目的，确定缓存路径，基于缓存路径，完成数据包的发送。

本发明的第四个方面提供一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统。

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统，包括：

第一响应模块，其被配置为：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

第二响应模块，其被配置为：若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，根据所述每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，确定发送节点与接收节点之间的路径成本；以发送节点至接收节点的路由成本为目的，确定缓存路径，基于缓存路径，完成数据包的发送。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在基本内容中心网络模型基础上，通过对内容的命名方式、兴趣包和数据包的结构、数据缓存的算法三个方面作出适应化的设计，提高网络的传播效率，当链路间歇性中断引起数据重传时，或者当数据被重复请求时，缓存策略能够起到减少传播跳数作用；对基础框架的改进涉及到改变数据包的结构、增加数据包类型、设计网络提醒机制等方面，并围绕着调节网络负载、减少传输跳数、增加缓存命中率、节约缓存使用等方面对缓存策略。

本发明确定待备份数据发往的目的节点的方案，在确定数据发往的目的节点的前提下，通过优化现有传输机制实现快速传输数据，进行高效的异地灾备。

本发明不仅可以更加主动地进行海洋边缘节点自由组网与数据包主动缓存，更能高效利用海洋边缘节点，降低数据传输时延，提高整体系统鲁棒性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明所提供的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法的过程示意图；

图2为本发明所提供的路由节点触发网络提醒后的过程示意图；

图3为本发明所提供的路由节点对信息包的处理过程示意图；

图4为本发明所提供的面向海洋浮标传感器的数据传输开销设置图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，包括：

获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定浅水区传播损失系数和深水区传播损失系数，根据浅水区传播损失系数、深水区传播损失系数和传播距离确定数据传输损耗函数；根据定数据传输损耗函数确定备份节点信号接收功率，根据备份节点信号接收功率，确定发送比特数据所需能量开销，根据发送比特数据所需能量开销确定损耗模型；基于所述损耗模型和需要接收数据包的备份节点，完成数据包的发送。

具体地本实施例的方案如下：

本实施例定义面向海洋浮标节点之间的数据传输损耗（TransmissionDamage,TD）

表示传输损耗函数，

表示传播损失系数，单位均为分贝；

的值根据水深和传播的几何形状而变化；对于浅水区的圆柱形传播，

等于1；对于深水区的球形传播时，

等于2；介质的吸收系数随频率变化，以dB/km为单位，为

；

是接收器和发射器之间的距离；介质的吸收系数以dB/km，f为kHz，可以用公式计算。

其频率约为30 kHz。水下传感器网络（Underwater Wireless SensorNetworkUWSN）的吸收系数小于10dB/km。海水中化学吸收的吸收系数是用声波频率、压力、酸度、温度和盐度计算出来的。以下公式用于计算接收信号功率（Received SignalStrength IndicatorRSSI），也被称为接收信号功率：

其中

为传输功率，

为发送器和接收器之间的距离。

传送一比特数据所需的能量用

表示，在数据率为R的情况下，长距离发送m比特数据所需的能量计算如如下：

接收器接收m比特数据的无线电能量消耗计算如下：

其中

是一个设备特定的常数。以下公式用于计算融合m比特数据所需的能量：

其中

是融合一比特数据消耗的能量。

通过上述步骤，初步实现了对于海洋浮标传感器的数据传输能耗优化，为下一步的浮标节点主动缓存机制做准备。

作为一种或多种实施方式，在所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点之前包括：根据当前N个海洋附表动态节点组成的网络场景，构造所在海域通信网络的连接拓扑图。

作为一种或多种实施方式，所述选择需要接收数据包的备份节点具体包括：通过迭代将基变量和非基变量进行转轴操作，得到备份节点的数据量，通过动态规划将待备份数据与备份节点进行匹配，确定待备份数据发往的备份节点。

具体地，备份节点匹配的解包含两个模块：解模块和解值匹配模块。解模块用于确定备份数据的备份节点和备份节点备份的数据量；而解值匹配模块则用于确定待备份数据发往的目的节点。通过解模块和解值匹配模块，本实施例实现了数据中心网络异地灾备机制的备份节点匹配模块，确定了数据中心网络异地灾备时的备份节点和节点备份的具体数据。由于预警时间和待备份数据量的不同，在预警时间内，能用于备份数据的节点和节点备份的数据也不相同。备份节点匹配模块为数据的传输提供目的节点。

解模块采用单纯形法求解备份节点备份的数据量，其核心思想是通过迭代将基变量和非基变量进行转轴操作，进而求解出节点的备份数据量。解模块的详细伪代码如表1的算法1所示。

表1解模块的详细伪代码

解模块使用单纯形法确定了节点备份的数据量，解值匹配模块则是通过动态规划将待备份数据与备份节点进行匹配，即明确待备份数据发往的目的节点。根据预警时间和待备份数据的不同，备份节点能备份的数据量和备份的具体数据也不相同。当预警时间较短，待备份数据量较多时，备份节点只能备份部分数据而不是全部待备份数据，反之，当预警时间较长，待备份数据量较少时，备份节点能备份受灾节点中的所有待备份数据。

动态规划常用于求解最优化问题，此类问题的解通常不止一个，每个解都对应一个值，本实施例通过动态规划求解此类问题的最优解。使用动态规划求解解值匹配模块的核心思想是将备份节点存储的数据量拆分为若干个更小的数据量，通过寻找节点待备份数据量与小数据量之间的递推关系，将节点待备份数据量问题转化为小数据量问题，以此类推，不断将较大的数据量拆分为更小的数据量，直到能够得出小数据量的解为止，最终通过小数据量的解求出节点待备份数据量的解，在确定节点备份的数据量后，通过回溯法确定节点备份的具体数据，上述流程的详细伪代码如表2的算法2所示。

表2解值匹配模块的详细伪代码

作为一种或多种实施方式，所述若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令具体包括：

根据所述请求指令判断是否存在与所述请求指令相关的缓存数据包；若是，则触发网络提醒，将所述缓存数据包返回至其他请求方；否则，缓存匹配网络提醒服务器，将与所述请求指令相关的数据包缓存至备份节点。

作为一种或多种实施方式，如图2所示，数据内容传输时（即触发网络提醒），首先需要判断数据是否需要进行分块，若是，则需要将数据内容进行分块、命名和打包处理，从而生成信息包；若否，则直接将整个数据内容进行打包，生成信息包。这样的做的目的是通过控制发送数据包的大小从而调节网络流量，避免拥塞。

作为一种或多种实施方式，如图3所示，节点收到信息包后通过查询待定转发表（PIT）进行匹配，匹配不成功则直接丢弃信息包，并表示收到一份不需要的数据。如若匹配成功后则判断当前节点在链路中的位置，并检查当前路径是否为最佳路径，进行缓存策略，如若不是最佳路径则丢弃信息包，完成本轮信息包处理。

实施例二

本实施例提供了一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统。

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统，包括：

第一响应模块，其被配置为：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

第二响应模块，其被配置为：若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定浅水区传播损失系数和深水区传播损失系数，根据浅水区传播损失系数、深水区传播损失系数和传播距离确定数据传输损耗函数；根据定数据传输损耗函数确定备份节点信号接收功率，根据备份节点信号接收功率，确定发送比特数据所需能量开销，根据发送比特数据所需能量开销确定损耗模型；基于所述损耗模型和需要接收数据包的备份节点，完成数据包的发送。

此处需要说明的是，上述第一响应模块和第二响应模块与与实施例一中的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

实施例三

如图1所示，本实施例提供了一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，包括：

获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，根据所述每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，确定发送节点与接收节点之间的路径成本；以发送节点至接收节点的路由成本为目的，确定缓存路径，基于缓存路径，完成数据包的发送。

具体地本实施例的方案如下：

：第i个节点的能量成本由以下公式给出：

其中

表示第i个节点传输数据总的能量开销，

则表示第i个节点的传输数据量。

：链接成本，发射节点u和接收节点v之间的链接成本计算如下。其中，

表示节点u的发射功率，

表示节点v的接收功率。

路径成本，

：路径起点节点

和路径终点节点

之间的路径成本由以下公式给出

其中

和

分别代表能量成本和链接成本对应的权重。

我们以基于图4所示的拓扑为例进行说明路由节点的选择，其中节点I向边缘节点S发送数据，其中可选择的路由节点有J，K和L三个节点。

选择J为中继节点的路由成本为：

其中

分别为节点J的能量成本、节点I到J的链接成本和节点J到S的路径成本。

选择K为中继节点的路由成本为：

其中

分别为节点K的能量成本、节点I到K的链接成本和节点K到S的路径成本。

选择L为中继节点的路由成本为：

其中

分别为节点L的能量成本、节点I到L的链接成本和节点L到S的路径成本。

综合上述多种情况，从而可以确定从节点I到S的路由成本为：

作为一种或多种实施方式，在所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点之前包括：根据当前N个海洋附表动态节点组成的网络场景，构造所在海域通信网络的连接拓扑图。

作为一种或多种实施方式，所述选择需要接收数据包的备份节点具体包括：通过迭代将基变量和非基变量进行转轴操作，得到备份节点的数据量，通过动态规划将待备份数据与备份节点进行匹配，确定待备份数据发往的备份节点。

具体地，备份节点匹配的解包含两个模块：解模块和解值匹配模块。解模块用于确定备份数据的备份节点和备份节点备份的数据量；而解值匹配模块则用于确定待备份数据发往的目的节点。通过解模块和解值匹配模块，本实施例实现了数据中心网络异地灾备机制的备份节点匹配模块，确定了数据中心网络异地灾备时的备份节点和节点备份的具体数据。由于预警时间和待备份数据量的不同，在预警时间内，能用于备份数据的节点和节点备份的数据也不相同。备份节点匹配模块为数据的传输提供目的节点。

解模块采用单纯形法求解备份节点备份的数据量，其核心思想是通过迭代将基变量和非基变量进行转轴操作，进而求解出节点的备份数据量。解模块的详细伪代码如表1的算法1所示。

表1解模块的详细伪代码

解模块使用单纯形法确定了节点备份的数据量，解值匹配模块则是通过动态规划将待备份数据与备份节点进行匹配，即明确待备份数据发往的目的节点。根据预警时间和待备份数据的不同，备份节点能备份的数据量和备份的具体数据也不相同。当预警时间较短，待备份数据量较多时，备份节点只能备份部分数据而不是全部待备份数据，反之，当预警时间较长，待备份数据量较少时，备份节点能备份受灾节点中的所有待备份数据。

动态规划常用于求解最优化问题，此类问题的解通常不止一个，每个解都对应一个值，本实施例通过动态规划求解此类问题的最优解。使用动态规划求解解值匹配模块的核心思想是将备份节点存储的数据量拆分为若干个更小的数据量，通过寻找节点待备份数据量与小数据量之间的递推关系，将节点待备份数据量问题转化为小数据量问题，以此类推，不断将较大的数据量拆分为更小的数据量，直到能够得出小数据量的解为止，最终通过小数据量的解求出节点待备份数据量的解，在确定节点备份的数据量后，通过回溯法确定节点备份的具体数据，上述流程的详细伪代码如表2的算法2所示。

表2解值匹配模块的详细伪代码

作为一种或多种实施方式，所述若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令具体包括：

根据所述请求指令判断是否存在与所述请求指令相关的缓存数据包；若是，则触发网络提醒，将所述缓存数据包返回至其他请求方；否则，缓存匹配网络提醒服务器，将与所述请求指令相关的数据包缓存至备份节点。

作为一种或多种实施方式，如图2所示，数据内容传输时（即触发网络提醒），首先需要判断数据是否需要进行分块，若是，则需要将数据内容进行分块、命名和打包处理，从而生成信息包；若否，则直接将整个数据内容进行打包，生成信息包。这样的做的目的是通过控制发送数据包的大小从而调节网络流量，避免拥塞。

作为一种或多种实施方式，如图3所示，节点收到信息包后通过查询待定转发表（PIT）进行匹配，匹配不成功则直接丢弃信息包，并表示收到一份不需要的数据。如若匹配成功后则判断当前节点在链路中的位置，并检查当前路径是否为最佳路径，进行缓存策略，如若不是最佳路径则丢弃信息包，完成本轮信息包处理。

实施例四

本实施例提供了一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统。

一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统，包括：

第一响应模块，其被配置为：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

第二响应模块，其被配置为：若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，根据所述每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，确定发送节点与接收节点之间的路径成本；以发送节点至接收节点的路由成本为目的，确定缓存路径，基于缓存路径，完成数据包的发送。

此处需要说明的是，上述第一响应模块和第二响应模块与与实施例三中的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例三所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，包括：

获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定浅水区传播损失系数和深水区传播损失系数，根据浅水区传播损失系数、深水区传播损失系数和传播距离确定数据传输损耗函数；根据定数据传输损耗函数确定备份节点信号接收功率，根据备份节点信号接收功率，确定发送比特数据所需能量开销，根据发送比特数据所需能量开销确定损耗模型；基于所述损耗模型和需要接收数据包的备份节点，完成数据包的发送。

2.根据权利要求1所述的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，在所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点之前包括：根据当前N个海洋附表动态节点组成的网络场景，构造所在海域通信网络的连接拓扑图。

3.根据权利要求1所述的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，所述选择需要接收数据包的备份节点具体包括：通过迭代将基变量和非基变量进行转轴操作，得到备份节点的数据量，通过动态规划将待备份数据与备份节点进行匹配，确定待备份数据发往的备份节点。

4.根据权利要求1所述的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，所述若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令具体包括：

根据所述请求指令判断是否存在与所述请求指令相关的缓存数据包；若是，则触发网络提醒，将所述缓存数据包返回至其他请求方；否则，缓存匹配网络提醒服务器，将与所述请求指令相关的数据包缓存至备份节点。

5.一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统，其特征在于，包括：

第一响应模块，其被配置为：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

第二响应模块，其被配置为：若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定浅水区传播损失系数和深水区传播损失系数，根据浅水区传播损失系数、深水区传播损失系数和传播距离确定数据传输损耗函数；根据定数据传输损耗函数确定备份节点信号接收功率，根据备份节点信号接收功率，确定发送比特数据所需能量开销，根据发送比特数据所需能量开销确定损耗模型；基于所述损耗模型和需要接收数据包的备份节点，完成数据包的发送。

6.一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，包括：

获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，根据所述每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，确定发送节点与接收节点之间的路径成本；以发送节点至接收节点的路由成本为目的，确定缓存路径，基于缓存路径，完成数据包的发送。

7.根据权利要求6所述的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，在所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点之前包括：根据当前N个海洋附表动态节点组成的网络场景，构造所在海域通信网络的连接拓扑图。

8.根据权利要求6所述的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，所述选择需要接收数据包的备份节点具体包括：通过迭代将基变量和非基变量进行转轴操作，得到备份节点的数据量，通过动态规划将待备份数据与备份节点进行匹配，确定待备份数据发往的备份节点。

9.根据权利要求6所述的面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网方法，其特征在于，所述若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令具体包括：

根据所述请求指令判断是否存在与所述请求指令相关的缓存数据包；若是，则触发网络提醒，将所述缓存数据包返回至其他请求方；否则，缓存匹配网络提醒服务器，将与所述请求指令相关的数据包缓存至备份节点。

10.一种面向海洋浮标的多点协作主动缓存组网系统，其特征在于，包括：

第一响应模块，其被配置为：获取请求方的请求指令，根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至请求方和备份节点；

第二响应模块，其被配置为：若所述备份节点接收到其他请求方的所述请求指令，则将所述数据包返回至其他请求方；

所述根据请求指令将与请求指令相关的数据包发送至备份节点的过程包括：

选择需要接收数据包的备份节点；根据选择的备份节点确定每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，根据所述每个备份节点的能量成本和发送节点与接收节点之间的链接成本，确定发送节点与接收节点之间的路径成本；以发送节点至接收节点的路由成本为目的，确定缓存路径，基于缓存路径，完成数据包的发送。

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