本發(fā)明涉及通信技術(shù)中媒體接入控制協(xié)議領域，具體涉及一種基于TDMA的海面無線通信組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國對海洋的探測與開發(fā)越發(fā)重視，但目前采取的大多數(shù)是潛標方式，即將傳感器放入海洋當中采集數(shù)據(jù)，一段時間后將傳感器撈起再讀取存儲的數(shù)據(jù)，但這種方式并不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時分析，而為了實現(xiàn)這一目標，則需要海面無線通信作為基礎。

由于用于海底參數(shù)采集的傳感器大多采用電池供電，供電時長有限，因此在設計海面無線通信組網(wǎng)方式時，應盡可能降低傳感節(jié)點的功耗，而傳統(tǒng)的基于競爭的媒體接入?yún)f(xié)議將使節(jié)點產(chǎn)生大量的功耗用于傳輸信道競爭，因此并不適合海面無線通信。基于時分多址(time division multiple access,TDMA)的媒體接入控制協(xié)議事先給各個節(jié)點分配好傳輸時隙，能在一定程度上降低節(jié)點功耗。而由于海底參數(shù)采集需要有多個傳感節(jié)點一起工作，每個傳感節(jié)點因為采集的參數(shù)不同或者采集的時長不同，每次需要實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量存在一定差異，因此給每個節(jié)點分配相同的傳輸時長并不合適，會降低網(wǎng)絡傳輸吞吐量。因此根據(jù)海洋觀測采集數(shù)據(jù)傳感器的特點，研發(fā)合適的海面無線通信組網(wǎng)方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡組網(wǎng)方式對海洋觀測的不適用性，提出一種基于TDMA的海面無線通信組網(wǎng)方法。

本發(fā)明采用TDMA媒體接入控制方法，根據(jù)各個從站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量分配不同的時隙長度，并在實際數(shù)據(jù)傳輸當中，根據(jù)各個從站傳輸信道的實時傳輸質(zhì)量，決定主站是否在該周期與對應從站進行數(shù)據(jù)收發(fā)，從而提高網(wǎng)絡魯棒性以及降低傳輸從站的功耗。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

步驟(1)建立海面無線通信網(wǎng)絡模型：將n個海面通信從站與1個通信主站通過無線方式連接，搭建一個集中式網(wǎng)絡，n＞1；

步驟(2)建立完整的時隙分配方案：

將一個傳輸周期分為三個部分，分別為網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、控制命令下達階段；各個階段的功能分別是：

網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)階段：根據(jù)各個從站握手請求包的字節(jié)數(shù)，以及傳輸信道的平均傳輸速率，給各個從站分配握手時長，用于從站加入網(wǎng)絡；

數(shù)據(jù)傳輸階段：根據(jù)各個從站一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的字節(jié)數(shù)，以及傳輸信道的平均傳輸速率，給各個從站分配對應的數(shù)據(jù)傳輸時長，用于從站與主站之間數(shù)據(jù)收發(fā)；

控制命令下達階段：根據(jù)各個從站控制包的字節(jié)數(shù)，以及傳輸信道的平均傳輸速率，為需要接收控制命令的從站分配對應的控制命令傳輸時長，用于主站向?qū)獜恼景l(fā)送控制命令；

步驟(3)主站根據(jù)時隙分配方案與各個從站進行數(shù)據(jù)收發(fā)。

與其它無線通信組網(wǎng)方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：

1、現(xiàn)有的無線通信組網(wǎng)方法大多不適用于海洋觀測數(shù)據(jù)采集，基于競爭的媒體接入控制方法缺乏公平性，不能保證各個從站傳輸機會相同，同時基于競爭的媒體接入控制方法將會大大的增加通信從站的功耗，而由于海洋觀測數(shù)據(jù)采集傳感節(jié)點采用電池供電，因此并不適用；而本發(fā)明采用TDMA方式，事先分配好各從站傳輸時隙，能較好的降低傳感節(jié)點功耗。

2、傳統(tǒng)的基于TDMA的傳輸方式為給每個傳輸節(jié)點分配相同的傳輸時長，而由于在海洋觀測數(shù)據(jù)采集當中，每個傳感節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不同，相同的傳輸時長分配將會浪費大量的傳輸時間，并可能在一定程度上造成各傳感節(jié)點之間的傳輸干擾；而本發(fā)明采用按需TDMA方式，根據(jù)每個傳感節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量多少，為每個節(jié)點分配不同的傳輸時長，能有效的提高網(wǎng)絡傳輸吞吐量以及網(wǎng)絡的魯棒性能。

3、傳統(tǒng)的基于TDMA的無線通信網(wǎng)絡組網(wǎng)方式當中，大多不涉及信道質(zhì)量的評估，因此會在一定程度上浪費傳輸時間在無法通信的傳感節(jié)點上；本發(fā)明根據(jù)當前時段數(shù)據(jù)包是否傳輸成功來判斷各傳感節(jié)點傳輸信道的質(zhì)量，從而決定在下一時段是否輪詢該從站，進行數(shù)據(jù)收發(fā)，能更有效的利用網(wǎng)絡資源。

附圖說明

圖1為海面無線通信網(wǎng)絡模型。

圖2為海面無線通信網(wǎng)絡完整時隙分配圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

一種基于TDMA的海面無線通信組網(wǎng)方法，采用按需TDMA方式，并且根據(jù)各信道實時傳輸質(zhì)量決定是否與對應從站進行數(shù)據(jù)收發(fā)，提高網(wǎng)絡吞吐率及網(wǎng)絡資源利用率。具體通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟(1)建立海面無線通信網(wǎng)絡模型：將n個海面通信從站與1個通信主站通過無線方式連接，搭建一個集中式網(wǎng)絡，n＞1；如圖1所示。

步驟(2)建立完整的時隙分配方案，如圖2所示。：

將一個傳輸周期分為三個部分，分別為網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、控制命令下達階段；各個階段的功能分別是：

網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)階段：根據(jù)各個從站握手請求包的字節(jié)數(shù)l_ranging，以及傳輸信道的平均傳輸速率v，給各個從站分配握手時長T_ranging，用于從站加入網(wǎng)絡；

T_ranging＝k×l_ranging/v；

其中k為約束因子，k＞1。

數(shù)據(jù)傳輸階段：根據(jù)從站i一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的字節(jié)數(shù)l_i，以及傳輸信道的平均傳輸速率v，給從站i分配對應的數(shù)據(jù)傳輸時長T_trans,i，用于從站與主站之間數(shù)據(jù)收發(fā)；

T_trans,i＝k×l_i/v。

控制命令下達階段：根據(jù)從站i控制包的字節(jié)數(shù)l_command,i，以及傳輸信道的平均傳輸速率v，為需要接收控制命令的從站i分配對應的控制命令傳輸時長T_command,i，用于主站向?qū)獜恼景l(fā)送控制命令；

T_command,i＝k×l_command,i/v。

步驟(3)主站根據(jù)時隙分配方案與各個從站進行數(shù)據(jù)收發(fā)，具體流程如下：

(3-1)每間隔m個周期進行一次網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)，m≥2；在網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)階段，主站依次向每個從站發(fā)送握手請求包N次，被握手從站需在時間T_n內(nèi)發(fā)送握手響應包；

如果被握手的從站發(fā)送的握手響應包數(shù)目N_p≥N/2，則允許該從站入網(wǎng)，從站標號加入從站輪詢列表，否則認為當前的握手從站狀態(tài)不佳，不允許接入網(wǎng)絡，給該從站分配對應的數(shù)據(jù)傳輸時隙也將收回；

在其他周期，握手時隙被用作保護間隔，在這些周期的握手時隙內(nèi)，主站與從站不進行數(shù)據(jù)包的收發(fā)；

(3-2)主站按照從站輪詢列表和時隙分配方案，依次在各個從站的傳輸時隙輪詢每個從站，主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)請求包，并等待從站的數(shù)據(jù)響應包，若數(shù)據(jù)響應包接收正確，則將收到的數(shù)據(jù)包寫入本地緩存，否則發(fā)送重傳請求，若多次重傳都未成功，或者在分配給該從站的傳輸時隙內(nèi)都沒有收到正確的數(shù)據(jù)響應包，則將該從站從從站輪詢列表中刪除，將分配給該從站的傳輸時隙收回，即在下一次網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)前不再輪詢該從站；回收的時隙安排在數(shù)據(jù)傳輸階段末尾，在回收的時隙中，主站與從站之間不進行數(shù)據(jù)包的收發(fā)；

(3-3)主站按照從站輪詢列表和時隙分配方案，依次在各個從站的控制命令傳輸時隙，向有控制命令需要下達的從站發(fā)送控制命令數(shù)據(jù)包，并等待從站的控制命令響應包；若響應正常，結(jié)束該周期傳輸，否則重傳，主站在分配時隙內(nèi)多次發(fā)送控制命令數(shù)據(jù)包，均未收到正確的控制命令響應包，結(jié)束當前周期的控制命令下達，并在下一個周期再次下達控制命令。