CN116437493B - 海上自组网的数据退避发送方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

海上自组网的数据退避发送方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种海上自组网的数据退避发送方法、装置、设备及存储介质，涉及海上自组网技术领域。所述方法是在基于退避机制发送待传数据包并判定发送失败后，获取多个跨层因子的原始值，然后根据所述多个跨层因子加权计算得到跨层因子影响系数，再然后根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，最后在所述待传数据包的重传次数小于等于最大允许重传次数时，基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，如此可以提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性，进而解决海上自组网目前还不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等的核心问题。

Description

海上自组网的数据退避发送方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明属于海上自组网技术领域，具体涉及一种海上自组网的数据退避发送方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
海上自组网是海上通信网络的一种组网形式，是一种无中心的自组织网络。海上自组网中的每一个节点设备都可以实现类似于主机的收发功能和类似于路由器的转发功能，如此使得海上自组网络在没有基站的情况下，也能够迅速进行组网并投入使用，即通过节点设备之间彼此合作来实现多跳通信，并利用无线信道进行数据交换，分享节点信息和业务服务。另外，海上自组网中的每一个节点设备都能够随机入网和退网，并保证其他节点设备的网络通信不被影响。
由于海上自组网场景具有海面粗糙度多变和天气频繁变化的特点，而同时海上通信节点又是动态运动的，具有密度低、分布广、会随时加入以及退出等特点，使得海上自组网存在不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等核心问题。
针对上述提到的核心问题，目前主要从MAC（Media Access Control，媒体介入控制层）协议和路由协议改进入手，而其中的MAC协议决定了节点设备在什么时候允许发送分组数据，并控制物理层的所有访问。同时在MAC协议中的退避机制会作为协议体系中的关键技术，能够为所有节点设备提供可靠的信道接入时机（其原理是：当节点设备首次传输失败后，会设定一个随机补偿等待时间T，避免产生第二次冲突，从而提高了数据传输速率，降低了端到端时延，保证了分组成功率和公平性）。但是现有对于海上自组网的MAC协议退避机制研究发展较为缓慢，很多仍是沿用无线移动自组网的退避机制，不能很好地解决在海上自组网中所存在的不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等的核心问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上自组网的数据退避发送方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，用以解决现有在海上自组网中继续沿用无线移动自组网的退避机制所依然存在不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种海上自组网的数据退避发送方法，由海上自组网络的节点设备执行，包括：
基于退避机制发送待传数据包；
判断所述待传数据包是否发送成功；
若判定所述待传数据包发送失败，则获取多个跨层因子的原始值，其中，所述多个跨层因子包含有本地节点设备与所有相邻节点设备之间的距离的方差、本地节点设备的信号发射功率、所述所有相邻节点设备的设备总数、本地节点设备的且在消息队列中不同等级业务量的加权平均值和本地节点设备的且在最近第一指定时长内的数据包成功传送个数中的任意组合；
对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值；
判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于最大允许重传次数，若是，则使所述待传数据包的重传次数自加1，然后基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，否则终止传送所述待传数据包。
基于上述发明内容，提供了一种基于多跨层因子自适应调整竞争窗口的数据退避发送新方案，即在基于退避机制发送待传数据包并判定所述待传数据包发送失败后，获取多个跨层因子的原始值，然后根据所述多个跨层因子加权计算得到跨层因子影响系数，再然后根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，最后在所述待传数据包的重传次数小于等于最大允许重传次数时，基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，如此由于是在考虑节点设备的相对连接度、与相邻节点设备的总距离、活跃邻节点设备数量、耗能、节点业务量和节点业务重要性等六大因素来对竞争窗口做自适应调整，可以提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性，进而解决海上自组网目前还不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等的核心问题，便于实际应用和推广。
在一个可能的设计中，在判断所述待传数据包是否发送成功之后，所述方法还包括：
若判定所述待传数据包发送成功，则也获取所述多个跨层因子的原始值；
对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值；
基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制传送在本地节点设备的消息队列中位于所述待传数据包之后的下一个相邻数据包。
在一个可能的设计中，根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值，包括：
获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；
判断所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值是否大于等于Y，其中，Y表示在区间[0.2，0.4]内取值的第二预设阈值；
若判定所述比值大于等于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式减小所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Min(CWi×((1+Wi)/2)),(CWmax+CWmin)/2)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Min()表示取最小值函数；
若判定所述比值小于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式减小所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Max(CWi×((1+Wi)/2)),(CWmax+CWmin)/2)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Max()表示取最大值函数。
在一个可能的设计中，当所述多个跨层因子包含有所述方差、所述信号发射功率、所述设备总数、所述加权平均值和所述数据包成功传送个数时，根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数，包括：
根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，按照如下公式加权计算得到跨层因子影响系数：
Wi=a1×f1+a2×f2+a3×f3-a4×f4+a5×f5
式中，Wi表示所述跨层因子影响系数，a1表示与所述方差对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f1表示与所述方差对应的归一化值，a2表示与所述信号发射功率对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f2表示与所述信号发射功率对应的归一化值，a3表示与所述设备总数对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f3表示与所述设备总数对应的归一化值，a4表示与所述加权平均值对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f4表示与所述加权平均值对应的归一化值，a5表示与所述数据包成功传送个数对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f5表示与所述数据包成功传送个数对应的归一化值，并且有a1+a2+a3+a4+a5=1。
在一个可能的设计中，根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，包括：
判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于X×RTmax，其中，X表示在区间[0.4，0.6]内取值的第一预设阈值，RTmax表示最大允许重传次数；
若判定所述重传次数小于等于X×RTmax，则获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；
判断所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值是否大于等于Y，其中，Y表示在区间[0.2，0.4]内取值的第二预设阈值；
若判定所述比值大于等于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Min(CWi×(1+Wi),CWmax)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值， Min()表示取最小值函数；
若判定所述比值小于Y，则按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=2×CWi
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值。
在一个可能的设计中，在判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于X×RTmax之后，所述方法还包括：
若判定所述重传次数大于X×RTmax，则也获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；
根据所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值，按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=CWi×(1+1/P) ×em
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，P表示所述重传次数，e表示自然对数的底数，m表示所述比值。
在一个可能的设计中，获取多个跨层因子的原始值，包括：
获取通过解析信道数据方式在本地维护的活跃竞争节点记录表，其中，所述解析信道数据方式是指在侦听信道时接收并解析在该信道上传送的数据，以便获取该数据中的发送节点设备的唯一标识和数据发送时间戳，所述活跃竞争节点记录表包含有至少一个节点设备的唯一标识、在最近占用信道来发送数据时的数据发送时间戳和与该数据发送时间戳对应的数据接收时间戳；
将所述至少一个节点设备的总数目作为与在所述多个跨层因子中的所述设备总数对应的原始值，和/或，按照如下方式得到与在所述多个跨层因子中的所述方差对应的原始值：先针对所述至少一个节点设备中的各个节点设备，根据对应的一对所述数据发送时间戳和所述数据接收时间戳，计算得到本地节点设备与对应节点设备之间的距离，然后根据本地节点设备与所述各个节点设备之间的距离，统计得到距离方差值，最后将该距离方差值作为与在所述多个跨层因子中的所述方差对应的原始值。
第二方面，提供了一种海上自组网的数据退避发送装置，布置在海上自组网络的节点设备中，包括有依次通信连接的数据发送模块、发送判断模块、跨层因子获取模块、归一化处理模块、加权计算模块、竞争窗口调整模块和数据重传模块；
所述数据发送模块，用于基于退避机制发送待传数据包；
所述发送判断模块，用于判断所述待传数据包是否发送成功；
所述跨层因子获取模块，用于在判定所述待传数据包发送失败时，获取多个跨层因子的原始值，其中，所述多个跨层因子包含有本地节点设备与所有相邻节点设备之间的距离的方差、本地节点设备的信号发射功率、所述所有相邻节点设备的设备总数、本地节点设备的且在消息队列中不同等级业务量的加权平均值和本地节点设备的且在最近第一指定时长内的数据包成功传送个数中的任意组合；
所述归一化处理模块，用于对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
所述加权计算模块，用于根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
所述竞争窗口调整模块，用于根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值；
所述数据重传模块，用于判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于最大允许重传次数，若是，则使所述待传数据包的重传次数自加1，然后基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，否则终止传送所述待传数据包。
在一个可能的设计中，所述跨层因子获取模块还用于在判定所述待传数据包发送成功时，也获取所述多个跨层因子的原始值；
所述竞争窗口调整模块还用于在判定所述待传数据包发送成功时，根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值；
所述数据发送模块，还通信连接所述竞争窗口调整模块，还用于在判定所述待传数据包发送成功时，基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制传送在本地节点设备的消息队列中位于所述待传数据包之后的下一个相邻数据包。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发语音信号，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的数据退避发送方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的数据退避发送方法。
第五方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的数据退避发送方法。
上述方案的有益效果：
（1）本发明创造性提供了一种基于多跨层因子自适应调整竞争窗口的数据退避发送新方案，即在基于退避机制发送待传数据包并判定所述待传数据包发送失败后，获取多个跨层因子的原始值，然后根据所述多个跨层因子加权计算得到跨层因子影响系数，再然后根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，最后在所述待传数据包的重传次数小于等于最大允许重传次数时，基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，如此由于是在考虑节点设备的相对连接度、与相邻节点设备的总距离、活跃邻节点设备数量、耗能、节点业务量和节点业务重要性等六大因素来对竞争窗口做自适应调整，可以提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性，进而解决海上自组网目前还不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等的核心问题；
（2）由于是采用跨层技术来优化MAC协议退避算法，而跨层设计是采用联合优化的方式使各节点充分发挥其作用，共享各层信息资源，真正实现节点高效工作，因此可以利用各层的信息，通过互换可用信息结合各层功能降低信息冗余、实现各种多样化的服务需求，使其达到整体最优，有效地提高网络整体性能；
（3）由于是根据空闲时隙占用率不同来对竞争窗口采用不同调整方案，可使其更好的利用信道资源；
（4）由于是根据重传次数不同来采取不同的发送策略，即当重传次数超过设定阈值时，利用重传次数和空闲时隙占用率来调整竞争窗口和利用连续在两个时隙发送同一份数据，可有效保证海上自组网的抗干扰能力；
（5）还可在数据发送成功时也基于节点设备的相对连接度、与相邻节点设备的总距离、活跃邻节点设备数量、耗能、节点业务量和节点业务重要性等六大因素来对竞争窗口做自适应调整，进而也可以提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本申请实施例提供的海上自组网的数据退避发送方法的流程示意图。
图2为本申请实施例提供的海上自组网的数据退避发送装置的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例：
如图1所示，本实施例第一方面提供的且海上自组网的数据退避发送方法，可以但不限于由具有一定计算资源的且能够收发数据的计算机设备执行，例如由船载通信设备等电子设备执行。如图1所示，所述数据退避发送方法，具体是由海上自组网络的节点设备执行，可以但不限于包括有如下步骤S1～S7。
S1.基于退避机制发送待传数据包。
在所述步骤S1中，所述退避机制是现有无线多跳协作网络组网的关键技术之一，对网络接入消息（Mesh Network Entry，MSH-NENT）的碰撞以及入网效率有着十分重要的影响，因此深入研究适用于无线多跳协作网络中的入网退避机制对于无线多跳协作网络的研究具有重要的意义，它是用于减小碰撞概率、提高组网性能的一个重要环节。由此在海上自组网的应用场景下，所述节点设备可以但不限于采用如下步骤（1）～（6）来基于退避机制发送待传数据包：（1）设CW表示在所述退避机制中的竞争窗口值，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Bi表示退避计算器的值；（2）在发送数据之前监听信道，若检测到信道忙碌，则在检测到信道被占用（即有其它节点设备在发送数据）时，尝试接收在信道上传输的数据；（3）若接收数据失败，则保持在当前状态，等待信道空闲，而若接收数据成功，则根据数据中的目标地址确定是否响应或根据其它信息进行其它常规操作，然后也等待信道空闲；（4）在检测到信道空闲一个DIFS（Distributed Inter-frame Spacing，分布式帧间间隙）时长后，进入退避竞争阶段，即将所述竞争窗口值 CW初始化为CWmin；（5）根据所述竞争窗口值获取一个随机的且以时隙为单位的退避时间，并存入退避计数器，如：Bi=INT(CW×Random()),其中，Random()表示取随机数函数，其取值范围为(0,1]，INT()表示向上取整函数；（6）继续监听信道，信道每空闲一个时隙，退避计数器的值Bi就会减少 1，若退避计数器的值Bi为0，则开始发送所述待传数据包，而若在退避过程中检测到信道被占用，则会冻结退避计数器的值Bi，并尝试接收在信道上传输的数据，然后进入步骤（3），直到检测到信道空闲一个DIFS 时间后，解冻退避计数器的值Bi。
S2.判断所述待传数据包是否发送成功。
在所述步骤S2中，具体判断方式为现有常规方式，例如是否按时收到与所述待传数据包对应的接收确认消息。
S3.若判定所述待传数据包发送失败，则获取多个跨层因子的原始值，其中，所述多个跨层因子包含但不限于有本地节点设备与所有相邻节点设备之间的距离的方差、本地节点设备的信号发射功率、所述所有相邻节点设备的设备总数、本地节点设备的且在消息队列中不同等级业务量的加权平均值和本地节点设备的且在最近第一指定时长内的数据包成功传送个数中的任意组合等。
在所述步骤S3中，由于节点设备的信号发射功率会影响海上自组网的稳定性、节点设备与相邻节点设备之间的距离方差及活跃邻节点设备数量会影响海上自组网的吞吐量及时延、节点设备的业务重要性与QOS（Quality of Service，服务质量）质量密切相关联和节点设备在最近一个周期时间内的MAC层成功传输率会反映节点设备占用信道的能力与节点设备占用信道的公平性及时延有关，因此为了提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性，本实施例是在考虑节点设备的相对连接度、与相邻节点设备的总距离、活跃邻节点设备数量、耗能、节点业务量和节点业务重要性等六大因素来获取所述多个跨层因子的原始值，以便后续加权得到跨层因子影响系数，并利用该跨层因子影响系数对竞争窗口做自适应调整。
在所述步骤S3中，具体的，获取多个跨层因子的原始值，包括但不限于有：获取通过解析信道数据方式在本地维护的活跃竞争节点记录表，其中，所述解析信道数据方式是指在侦听信道时接收并解析在该信道上传送的数据，以便获取该数据中的发送节点设备的唯一标识和数据发送时间戳，所述活跃竞争节点记录表包含但不限于有至少一个节点设备的唯一标识、在最近占用信道来发送数据时的数据发送时间戳和与该数据发送时间戳对应的数据接收时间戳；将所述至少一个节点设备的总数目作为与在所述多个跨层因子中的所述设备总数对应的原始值，和/或，按照如下方式得到与在所述多个跨层因子中的所述方差对应的原始值：先针对所述至少一个节点设备中的各个节点设备，根据对应的一对所述数据发送时间戳和所述数据接收时间戳，计算得到本地节点设备与对应节点设备之间的距离，然后根据本地节点设备与所述各个节点设备之间的距离，统计得到距离方差值，最后将该距离方差值作为与在所述多个跨层因子中的所述方差对应的原始值。前述活跃竞争节点记录表的具体维护方式可以但不限于包括：根据所述发送节点设备的唯一标识在所述活跃竞争节点记录表中查询是否已存在所述发送节点设备，若是，则根据所述发送节点设备的数据发送时间戳更新所述在最近占用信道来发送数据时的数据发送时间戳，以及根据与所述发送节点设备的数据发送时间戳对应的数据接收时间戳更新所述与该数据发送时间戳对应的数据接收时间戳；根据数据发送时间戳或数据接收时间戳删除在所述活跃竞争节点记录表中过期的节点设备唯一标识、所述在最近占用信道来发送数据时的数据发送时间戳和所述与该数据发送时间戳对应的数据接收时间戳。前述距离的具体计算方式包括但不限于为：将所述数据发送时间戳与所述数据接收时间戳的时间戳和光速的相乘结果作为所述距离。此外，所述信号发射功率可在本地节点设备通过常规数据读取方式获取得到，而所述加权平均值和所述数据包成功传送个数等可在本地节点设备通过常规数据统计方式获取得到，其中，所述第一指定时长可以举例为1小时。
S4.对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值。
在所述步骤S4中，由于所述多个跨层因子中有些跨层因子是无单位的，而又有些跨层因子是有不同量纲单位的，为了后续能够统一进行计算，因此对他们的原始值进行无量纲化及归一化的处理是十分必要的。前述归一化处理的具体方式为现有常规方式，于此不再赘述。
S5.根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数。
在所述步骤S5中，当所述多个跨层因子包含有所述方差、所述信号发射功率、所述设备总数、所述加权平均值和所述数据包成功传送个数时，根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数，包括但不限于：根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，按照如下公式加权计算得到跨层因子影响系数：
Wi=a1×f1+a2×f2+a3×f3-a4×f4+a5×f5
式中，Wi表示所述跨层因子影响系数，a1表示与所述方差对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f1表示与所述方差对应的归一化值，a2表示与所述信号发射功率对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f2表示与所述信号发射功率对应的归一化值，a3表示与所述设备总数对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f3表示与所述设备总数对应的归一化值，a4表示与所述加权平均值对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f4表示与所述加权平均值对应的归一化值，a5表示与所述数据包成功传送个数对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f5表示与所述数据包成功传送个数对应的归一化值，并且有a1+a2+a3+a4+a5=1。详细的，考虑海上自组网需要解决目前还不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等的核心问题，可对前述多个预设权重系数做出如下取值：a1=1/10、a2=1/10、a3=1/5、a4=2/5和a5=1/5。
S6.根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值。
在所述步骤S6中，具体的，根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，包括但不限于有如下步骤S61～S65。
S61.判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于X×RTmax，其中，X表示在区间[0.4，0.6]内取值的第一预设阈值，RTmax表示最大允许重传次数。
在所述步骤S61中，所述第一预设阈值X可以举例为0.5。
S62.若判定所述重传次数小于等于X×RTmax，则获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数。
在所述步骤S62中，所述第二指定时长同样可以举例为1小时。
S63.判断所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值是否大于等于Y，其中，Y表示在区间[0.2，0.4]内取值的第二预设阈值。
在所述步骤S63中，所述第二预设阈值Y可以举例为0.3。
S64.若判定所述比值大于等于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Min(CWi×(1+Wi),CWmax)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值， Min()表示取最小值函数。
S65.若判定所述比值小于Y，则按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=2×CWi
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值。
由此基于前述步骤S61～S65，可以进一步基于重传次数和最近空闲时隙数占比的不同，来精细化地自适应调整竞争窗口，以便最大化地提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性。此外，在判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于X×RTmax之后，所述方法还包括但不限于有如下步骤S621～S622：S621.若判定所述重传次数大于X×RTmax，则也获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；S622.根据所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值，按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=CWi×(1+1/P) ×em
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，P表示所述重传次数，e表示自然对数的底数，m表示所述比值。
S7.判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于最大允许重传次数，若是，则使所述待传数据包的重传次数自加1，然后基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，否则终止传送所述待传数据包。
在所述步骤S7中，为了提升重传成功率和保证海上自组网的抗干扰能力，可在基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包时，优选采用如下方式：若所述待传数据包的重传次数大于等于X×RTmax且所述比值大于Z，则在退避计数器的值Bi为0时，连续在两个时隙发送同一份所述待传数据包，其中，Z表示在区间[0.3，0.5]内取值的第三预设阈值。前述第三预设阈值Z可以举例为0.4。此外，在终止传送所述待传数据包之后，所述方法还可包括有：基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制传送在本地节点设备的消息队列中位于所述待传数据包之后的下一个相邻数据包。
由此基于前述步骤S1～S7所描述的且海上自组网的数据退避发送方法，提供了一种基于多跨层因子自适应调整竞争窗口的数据退避发送新方案，即在基于退避机制发送待传数据包并判定所述待传数据包发送失败后，获取多个跨层因子的原始值，然后根据所述多个跨层因子加权计算得到跨层因子影响系数，再然后根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，最后在所述待传数据包的重传次数小于等于最大允许重传次数时，基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，如此由于是在考虑节点设备的相对连接度、与相邻节点设备的总距离、活跃邻节点设备数量、耗能、节点业务量和节点业务重要性等六大因素来对竞争窗口做自适应调整，可以提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性，进而解决海上自组网目前还不适应传输距离远、数据带宽低、抗干扰能力弱以及延时高等的核心问题。此外，由于是采用跨层技术来优化MAC协议退避算法，而跨层设计是采用联合优化的方式使各节点充分发挥其作用，共享各层信息资源，真正实现节点高效工作，因此可以利用各层的信息，通过互换可用信息结合各层功能降低信息冗余、实现各种多样化的服务需求，使其达到整体最优，有效地提高网络整体性能；以及由于是根据空闲时隙占用率不同来对竞争窗口采用不同调整方案，可使其更好的利用信道资源；以及由于是根据重传次数不同来采取不同的发送策略，即当重传次数超过设定阈值时，利用重传次数和空闲时隙占用率来调整竞争窗口和利用连续在两个时隙发送同一份数据，可有效保证海上自组网的抗干扰能力，便于实际应用和推广。
本实施例在前述第一方面的技术方案基础上，还提供了一种在数据发送成功时如何调整竞争窗口的可能设计一，即在判断所述待传数据包是否发送成功之后，所述方法还包括但不限于有如下步骤S31～S35。
S31.若判定所述待传数据包发送成功，则也获取所述多个跨层因子的原始值。
S32.对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值。
S33.根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数。
S34.根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值。
在所述步骤S34中，具体的，根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值，包括但不限于有如下步骤S341～S344。
S341.获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数。
S342.判断所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值是否大于等于Y，其中，Y表示在区间[0.2，0.4]内取值的第二预设阈值。
S343.若判定所述比值大于等于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式减小所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Min(CWi×((1+Wi)/2)),(CWmax+CWmin)/2)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Min()表示取最小值函数；
S344.若判定所述比值小于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式减小所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Max(CWi×((1+Wi)/2)),(CWmax+CWmin)/2)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Max()表示取最大值函数。
S35.基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制传送在本地节点设备的消息队列中位于所述待传数据包之后的下一个相邻数据包。
由此基于前述可能设计一，可在数据发送成功时也基于节点设备的相对连接度、与相邻节点设备的总距离、活跃邻节点设备数量、耗能、节点业务量和节点业务重要性等六大因素来对竞争窗口做自适应调整，进而也可以提高海上自组网的QOS质量、降低时延和丢包率以及提高节点设备接入信道的公平性。
如图2所示，本实施例第二方面提供了一种实现第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法的虚拟装置，布置在海上自组网络的节点设备中，包括有依次通信连接的数据发送模块、发送判断模块、跨层因子获取模块、归一化处理模块、加权计算模块、竞争窗口调整模块和数据重传模块；
所述数据发送模块，用于基于退避机制发送待传数据包；
所述发送判断模块，用于判断所述待传数据包是否发送成功；
所述跨层因子获取模块，用于在判定所述待传数据包发送失败时，获取多个跨层因子的原始值，其中，所述多个跨层因子包含有本地节点设备与所有相邻节点设备之间的距离的方差、本地节点设备的信号发射功率、所述所有相邻节点设备的设备总数、本地节点设备的且在消息队列中不同等级业务量的加权平均值和本地节点设备的且在最近第一指定时长内的数据包成功传送个数中的任意组合；
所述归一化处理模块，用于对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
所述加权计算模块，用于根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
所述竞争窗口调整模块，用于根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值；
所述数据重传模块，用于判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于最大允许重传次数，若是，则使所述待传数据包的重传次数自加1，然后基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，否则终止传送所述待传数据包。
在一个可能的设计中，所述跨层因子获取模块还用于在判定所述待传数据包发送成功时，也获取所述多个跨层因子的原始值；
所述竞争窗口调整模块还用于在判定所述待传数据包发送成功时，根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值；
所述数据发送模块，还通信连接所述竞争窗口调整模块，还用于在判定所述待传数据包发送成功时，基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制传送在本地节点设备的消息队列中位于所述待传数据包之后的下一个相邻数据包。
本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法，于此不再赘述。
如图3所示，本实施例第三方面提供了一种实现如第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法的实体设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发语音信号，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器（Random-Access Memory，RAM）、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、闪存（Flash Memory）、先进先出存储器（First Input First Output，FIFO）和/或先进后出存储器（First Input Last Output，FILO）等等。
本实施例第三方面提供的前述芯片的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法，于此不再赘述。
本实施例第四方面提供了一种存储包含如第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法的指令的计算机可读存储介质，即所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法。其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等计算机可读存储介质，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。
本实施例第四方面提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法，于此不再赘述。
本实施例第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或可能设计一所述的数据退避发送方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。
最后应说明的是：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的保护范围。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)

1.一种海上自组网的数据退避发送方法，其特征在于，由海上自组网络的节点设备执行，包括：
基于退避机制发送待传数据包；
判断所述待传数据包是否发送成功；
若判定所述待传数据包发送失败，则获取多个跨层因子的原始值，其中，所述多个跨层因子包含有本地节点设备与所有相邻节点设备之间的距离的方差、本地节点设备的信号发射功率、所述所有相邻节点设备的设备总数、本地节点设备的且在消息队列中不同等级业务量的加权平均值和本地节点设备的且在最近第一指定时长内的数据包成功传送个数中的任意组合；
对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值；
判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于最大允许重传次数，若是，则使所述待传数据包的重传次数自加1，然后基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，否则终止传送所述待传数据包。
2.根据权利要求1所述的数据退避发送方法，其特征在于，在判断所述待传数据包是否发送成功之后，所述方法还包括：
若判定所述待传数据包发送成功，则也获取所述多个跨层因子的原始值；
对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值；
基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制传送在本地节点设备的消息队列中位于所述待传数据包之后的下一个相邻数据包。
3.根据权利要求2所述的数据退避发送方法，其特征在于，根据所述跨层因子影响系数减小所述退避机制中的当前竞争窗口值，包括：
获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；
判断所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值是否大于等于Y，其中，Y表示在区间[0.2，0.4]内取值的第二预设阈值；
若判定所述比值大于等于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式减小所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Min(CWi×((1+Wi)/2)),(CWmax+CWmin)/2)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Min()表示取最小值函数；
若判定所述比值小于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式减小所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Max(CWi×((1+Wi)/2)),(CWmax+CWmin)/2)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值，CWmin表示在所述退避机制中的最小允许竞争窗口值，Max()表示取最大值函数。
4.根据权利要求1所述的数据退避发送方法，其特征在于，当所述多个跨层因子包含有所述方差、所述信号发射功率、所述设备总数、所述加权平均值和所述数据包成功传送个数时，根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数，包括：
根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，按照如下公式加权计算得到跨层因子影响系数：
Wi=a1×f1+a2×f2+a3×f3-a4×f4+a5×f5
式中，Wi表示所述跨层因子影响系数，a1表示与所述方差对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f1表示与所述方差对应的归一化值，a2表示与所述信号发射功率对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f2表示与所述信号发射功率对应的归一化值，a3表示与所述设备总数对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f3表示与所述设备总数对应的归一化值，a4表示与所述加权平均值对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f4表示与所述加权平均值对应的归一化值，a5表示与所述数据包成功传送个数对应的且在区间[0,1]内取值的预设权重系数，f5表示与所述数据包成功传送个数对应的归一化值，并且有a1+a2+a3+a4+a5=1。
5.根据权利要求1所述的数据退避发送方法，其特征在于，根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值，包括：
判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于X×RTmax，其中，X表示在区间[0.4，0.6]内取值的第一预设阈值，RTmax表示最大允许重传次数；
若判定所述重传次数小于等于X×RTmax，则获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；
判断所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值是否大于等于Y，其中，Y表示在区间[0.2，0.4]内取值的第二预设阈值；
若判定所述比值大于等于Y，则根据所述跨层因子影响系数，按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=Min(CWi×(1+Wi),CWmax)
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，Wi表示所述跨层因子影响系数，CWmax表示在所述退避机制中的最大允许竞争窗口值， Min()表示取最小值函数；
若判定所述比值小于Y，则按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=2×CWi
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值。
6.根据权利要求5所述的数据退避发送方法，其特征在于，在判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于X×RTmax之后，所述方法还包括：
若判定所述重传次数大于X×RTmax，则也获取在最近第二指定时长内的且通过信道侦听方式确定的空闲时隙数和时隙总数；
根据所述空闲时隙数与所述时隙总数的比值，按照如下公式增大所述退避机制中的当前竞争窗口值：
CWi+1=CWi×(1+1/P) ×em
式中，CWi+1表示所述当前竞争窗口值的更新后数值，CWi表示所述当前竞争窗口值的更新前数值，P表示所述重传次数，e表示自然对数的底数，m表示所述比值。
7.根据权利要求1所述的数据退避发送方法，其特征在于，获取多个跨层因子的原始值，包括：
获取通过解析信道数据方式在本地维护的活跃竞争节点记录表，其中，所述解析信道数据方式是指在侦听信道时接收并解析在该信道上传送的数据，以便获取该数据中的发送节点设备的唯一标识和数据发送时间戳，所述活跃竞争节点记录表包含有至少一个节点设备的唯一标识、在最近占用信道来发送数据时的数据发送时间戳和与该数据发送时间戳对应的数据接收时间戳；
将所述至少一个节点设备的总数目作为与在所述多个跨层因子中的所述设备总数对应的原始值，和/或，按照如下方式得到与在所述多个跨层因子中的所述方差对应的原始值：先针对所述至少一个节点设备中的各个节点设备，根据对应的一对所述数据发送时间戳和所述数据接收时间戳，计算得到本地节点设备与对应节点设备之间的距离，然后根据本地节点设备与所述各个节点设备之间的距离，统计得到距离方差值，最后将该距离方差值作为与在所述多个跨层因子中的所述方差对应的原始值。
8.一种海上自组网的数据退避发送装置，其特征在于，布置在海上自组网络的节点设备中，包括有依次通信连接的数据发送模块、发送判断模块、跨层因子获取模块、归一化处理模块、加权计算模块、竞争窗口调整模块和数据重传模块；
所述数据发送模块，用于基于退避机制发送待传数据包；
所述发送判断模块，用于判断所述待传数据包是否发送成功；
所述跨层因子获取模块，用于在判定所述待传数据包发送失败时，获取多个跨层因子的原始值，其中，所述多个跨层因子包含有本地节点设备与所有相邻节点设备之间的距离的方差、本地节点设备的信号发射功率、所述所有相邻节点设备的设备总数、本地节点设备的且在消息队列中不同等级业务量的加权平均值和本地节点设备的且在最近第一指定时长内的数据包成功传送个数中的任意组合；
所述归一化处理模块，用于对所述多个跨层因子的原始值做归一化处理，得到与所述多个跨层因子一一对应的多个归一化值；
所述加权计算模块，用于根据所述多个归一化值和与所述多个跨层因子一一对应的多个预设权重系数，加权计算得到跨层因子影响系数；
所述竞争窗口调整模块，用于根据所述跨层因子影响系数增大所述退避机制中的当前竞争窗口值；
所述数据重传模块，用于判断所述待传数据包的重传次数是否小于等于最大允许重传次数，若是，则使所述待传数据包的重传次数自加1，然后基于已更新所述当前竞争窗口值的所述退避机制重新传送所述待传数据包，否则终止传送所述待传数据包。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发数据，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1～7中任意一项所述的数据退避发送方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如权利要求1～7中任意一项所述的数据退避发送方法。
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