具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明实施例提供一种指向性水声网络的多址接入方法，包括：

对水声网络中每一个节点配置指向性换能器和全向换能器，确定指向性水声网络；

对所述指向性水声网络进行邻节点检测处理，确定邻节点信息表，其中，所述邻节点信息表用于表征节点编码、节点位置信息和指向性网络配置向量，所述指向性网络配置向量用于表征节点的数据通信时间；

对信道状态进行判断，当所述信道状态为空闲时，获取所述邻节点信息表中目的节点的位置信息；

根据所述目的节点的位置信息，通过所述指向性换能器与所述目的节点进行数据通信，同时通过所述全向换能器发送节点繁忙信号。

其中，本发明实施例所提多址接入方法中，水声网络的每个节点都配备了两个水声换能器。一个是全向换能器，全向换能器只负责发送节点繁忙信号。除了全向换能器外，水声网络节点还配备了水声指向性换能器，水声指向性换能器负责节点间的数据通信。通过邻节点检测处理，在每个节点中保存邻节点信息表。邻节点信息表记录水声网络中所有节点的编码、位置信息和指向性网络配置向量，该网络配置向量用于记录节点传输数据的时长，即节点的数据通信时间。对信道状态进行判断，当信道状态为空闲时，获取所述邻节点信息表中目的节点的位置信息；根据所述目的节点的位置信息，通过所述指向性换能器与所述目的节点进行数据通信，同时通过所述全向换能器发送节点繁忙信号。

进一步作为优选的实施方式，所述方法还包括：

当所述信道状态为繁忙时，获取所述信道中的节点繁忙信号，其中，所述节点繁忙信号包括繁忙节点编码和繁忙节点波束编号；

提取所述节点繁忙信号中的繁忙节点编码；

当所述繁忙节点编码为目的节点编码时，推迟与所述目的节点进行数据通信。

其中，本发明实施例所提多址接入方法通过节点发送节点繁忙信号来保护正在进行的数据传输并避免数据包冲突。信道状态为繁忙时表明有节点正在进行通信，通过全向换能器可获取信道中的节点繁忙信号。节点繁忙信号包含繁忙节点编码和繁忙节点波束编号。当节点间进行数据通信时，发送节点通过指向性换能器以指向模式向目的节点发送数据，指向性换能器由M个等大波束组成，从三点钟位置开始，顺时针从1到M对光束进行编号，这些波束等大且互不相交，共同覆盖整个全向区域，此时向目的节点发送数据的波束方向编号为繁忙节点波束编号。提取所述节点繁忙信号中的繁忙节点编码，如果繁忙节点编码是目的节点编码，则说明目的节点繁忙，发送节点推迟向目的节点传输数据。

进一步作为优选的实施方式，所述方法还包括：

当所述繁忙节点编码不是目的节点编码时，获取所述节点繁忙信号中的繁忙节点波束编号；

根据所述邻节点信息表判断所述目的节点的波束编号与所述繁忙节点波束编号；

当所述目的节点的波束编号与所述繁忙节点波束编号一致时，推迟与所述目的节点进行数据通信。

其中，如果繁忙节点编码不是目的节点编码，则发送节点根据邻节点信息表中的目的节点位置信息判断繁忙节点是否与目的节点在同一波束区域。如果是，则发送节点将推迟向目的节点的信息传输以避免冲突。

进一步作为优选的实施方式，所述方法还包括：

当所述目的节点的波束编号与所述繁忙节点波束编号不一致时，通过所述指向性换能器与所述目的节点进行数据通信。

其中，如果目的节点的波束编号不是繁忙节点波束编号，则发送节点判断目的节点方向的信道空闲，向目的节点指向性发送数据包。

进一步作为优选的实施方式，所述对水声网络中每一个节点配置指向性换能器和全向换能器，确定指向性水声网络，包括：

对水声网络中的每一个节点配置指向性换能器，确定指向性节点模型，所述指向性换能器为多模态叠加水声指向性换能器，用于与目的节点定向发送和接收通信数据；

对水声网络中的每一个节点配置全向换能器，确定全向性节点模型，所述全向换能器用于全向发送节点繁忙信号；

根据所述指向性节点模型和所述全向性节点模型，确定指向性水声网络。

所述指向性换能器的传输覆盖范围大于所述全向换能器的传输覆盖范围。

其中，根据换能器方向性的形成方式，水声指向性换能器可分为阵列水声指向性换能器、基于声障板的水声指向性换能器、复合激励型水声指向性换能器和多态叠加水声指向性换能器等几类。与前三种水声指向性换能器相比，多模态叠加水声指向性换能器无旁瓣、指向性高、体积小、能量转换率高，非常适合水声网络，所以本发明实施例中采用的是多模态叠加水声指向性换能器。指向性换能器的传输覆盖范围大于全向换能器的传输覆盖范围，本发明实施例忽略换能器的工作模式切换时间，只考虑主瓣增益，忽略旁瓣增益。

进一步作为优选的实施方式，所述对水声网络中的每一个节点配置指向性换能器，确定指向性节点模型，包括：

对所述指向性节点模型中的波束进行编号，确定波束方向，所述指向性节点模型由多个波束组成，所述波束方向用于表征节点位置信息；

通过所述指向性节点模型以指向性模式在同一时间在一个波束方向上发送或接收信号；

通过所述指向性节点模型以全向模式接收信号，并确定信号强度最大的波束方向为源节点波束方向。

其中，指向性节点模型由M个等大波束组成，从三点钟位置开始，顺时针从1到M对光束进行编号，这些波束等大且互不相交，共同覆盖整个全向区域。在指向性模式下，指向性换能器只能同时在一个波束方向上发送或接收信号。当节点空闲时，指向性换能器以全向模式收听来自各个方向的信号。当节点接收到信号时，比较每个波束接收到的信号强度，信号强度最大的波束方向就是源节点的方向。

进一步作为优选的实施方式，所述对所述指向性水声网络进行邻节点检测处理，确定邻节点信息表，包括：

通过所述指向性换能器以全向方式对信道进行侦听，获取通信信号；

提取所述通信信号中的节点编码、节点位置信息和数据通信时间，并更新至所述邻节点信息表。

其中，当节点处于空闲模式时，它会通过指向性换能器以全向模式监听信道。一旦节点侦听到通信信号，不管该通信信号的目的节点是否为当前节点，当前节点都提取通信信号中携带的节点编码和节点位置信息，并记录节点传输数据的时长，将节点编码、节点位置信息和数据通信时间都更新到邻节点信息表。

进一步作为优选的实施方式，所述通过所述指向性换能器与目的节点进行数据通信，同时通过所述全向换能器发送节点繁忙信号，包括：

通过所述指向性换能器向所述目的节点发送数据包，同时通过所述全向换能器发送节点繁忙信号；

通过所述指向性换能器接收由所述目的节点发送的确认信号，停止发送所述节点繁忙信号。

其中，发送节点通过指向性换能器与接收节点进行数据通信，所述目的节点为接收节点。发送节点通过指向性换能器以指向性模式向接收节点发送数据包，同时通过全向换能器以全向模式向信道发送节点繁忙信号。发送节点通过指向性换能器接收由接收节点发送的确认信号后，停止发送所述节点繁忙信号，确认信号表示数据已成功接收，数据通信结束。

进一步作为优选的实施方式，所述方法还包括：

通过所述指向性换能器向发送节点发送清除发送信号，同时通过所述全向换能器发送节点繁忙信号；

通过所述指向性换能器向所述发送节点发送确认信号，并停止发送所述节点繁忙信号。

其中，接收节点通过指向性换能器向发送节点发送清除发送信号，同时通过全向换能器发送节点繁忙信号。清除发送信号表示可以接收数据，准备开始数据通信，同时向信道发送节点繁忙信号。接收节点通过指向性换能器向发送节点发送确认信号，表示数据已成功接收，数据通信结束，并停止发送节点繁忙信号。

进一步作为优选的实施方式，在所述通过所述指向性换能器向所述目的节点发送数据包前，包括：

通过所述指向性换能器以指向性模式向所述目的节点发送请求发送信号，并接收由所述目的节点反馈的清除发送信号，通过所述指向性换能器向所述目的节点发送数据包。

其中，发送节点在通过指向性换能器向接收节点即目的节点发送数据包前，发送节点向接收节点发送请求发送信号，接收节点接收请求发送信号并反馈清除发送信号，发送节点接收由接收节点反馈的清除发送信号后，通过指向性换能器向接收节点发送数据包。

以下结合具体实施例对本发明解决隐藏终端问题和“聋”节点问题进行详细说明：

参照图2，本发明实施例的水声网络中有4个处于空闲状态的节点：A、B、C、D，节点以全向模式监听信道。当节点C向节点D发送请求发送信号(DRTS)后，节点D向节点C回复清除发送信号(DCTS)。当节点A以全向模式侦听信道且节点A和节点D之间的距离较长时，节点A无法接收到节点D发送的DCTS信号。但节点A可以通过接收节点C发送的信道繁忙提示信息，知道该方向信道忙，推迟向节点B的数据传输，避免的数据包冲突，解决了由于换能器增益不对称导致的隐藏终端问题。

参照图3,本发明实施例的水声网络中有3个处于空闲状态的节点：E、F、G；当节点F和节点G以指向性模式进行通信时，节点E有数据包要发送给节点F。节点E因为侦听不到节点F和节点G之间的通信，因此判断节点F方向信道空闲，所以节点E向节点F发送DRTS信号。因为此刻节点F的指向性天线对准节点G的方向，因此无法接收到来自节点E的DRTS信号；所以节点F无法向节点E回复DCTS信号。节点E因为没有收到节点F发来的DCTS信号，所以节点E不断向节点F发送DRTS信号，直到达到预设的最大次数。此时，节点E遇到的问题称为“聋”节点问题，节点F称为节点E的“聋”节点。“聋”节点问题引起的控制帧的重复重传会浪费网络资源并造成节点之间的不公平竞争。应用本发明实施例所提多址接入方法后，当节点F与节点G通信时，节点E有数据包要发送给节点F。节点E在监听节点F方向的信道时，收到节点F发送的信道繁忙提示消息，因此知道节点F正在通信，并推迟向节点F的数据包传输，解决了“聋”节点问题。

综上所述，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过对水声网络中每一个节点配置指向性换能器和全向换能器，能够同时发送数据和节点繁忙信号，提高了水声网络的信道状态反馈速度；

(2)本发明通过指向性换能器与目的节点进行数据通信，同时通过全向换能器发送节点繁忙信号，能够减少数据包之间的碰撞，提高了水声网络的吞吐量；

(3)本发明通过全向换能器发送节点繁忙信号，能够解决隐藏终端问题和“聋”节点问题。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-On ly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。