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    广西11选5走势: 一种水下机器人的自适应组网通信方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    CN201610130731.7

    申请日:

    2016.03.08

    公开号:

    CN105824236A

    公开日:

    2016.08.03

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G05B 13/04申请日:20160308|||公开
    IPC分类号: G05B13/04 主分类号: G05B13/04
    申请人: 哈尔滨工程大学
    发明人: 黄海; 张国成; 李岳明; 席红艳; 万磊; 庞永杰
    地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610130731.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.10.03|||2016.08.31|||2016.08.03

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种水下机器人的自适应组网通信方法。根据AUV节点之间的相对距离,对于距离领航员AUV节点较远而距离其他跟随AUV较近的节点采用线性拓扑传输方式,而对于其他AUV节点采用一对多竞争拓扑传输方式。在线性拓扑传输过程中,领航员AUV和所有的跟随AUV通过广播与应答的方式实现时间同步,之后节点根据距离领航员AUV和数据传输的效果选择负责外围节点的通信或休眠,这就降低了领航AUV的能量消耗,提高了整个AUV编队组网的生存时间。而一对多竞争的自适应通信方法包含了一种四路握手传输方法,该发明可以降低传输的丢包率并提高网络的吞吐量。

    权利要求书

    1.一种水下机器人的自适应组网通信方法,其特征在于:包括以下步骤,
    步骤一:建立水下机器人组网的分层通信结构,结构包括物理层、数据链路层和网络层;
    步骤二:在分层通信结构的基础上定义AUV节点之间通信的拓扑结构,G=(V,ξ,A)为
    多个AUV节点组成的带权有向图,其中V={s1,s2,...,sn}是AUV的节点集,图的有向边集为
    A=[aij]为有向图的带权邻接矩阵,aij≥0;每一条边(si,sj)对应AUV节点si和
    AUV节点sj在t时刻通信过程中的信道,即
    步骤三:将水下机器人组网通信的拓扑结构分为线性传输拓扑结构和一对多竞争拓扑结
    构。
    2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的自适应组网通信方法,其特征在于:根据AUV
    节点之间的相对距离,选择线性传输拓扑结构和一对多竞争拓扑结构,对于距离领航员AUV
    节点较远而距离其他跟随AUV较近的节点采用线性拓扑传输方式,在线性拓扑传输过程中,
    领航员AUV和所有的跟随AUV通过广播与应答的方式实现时间同步,之后节点根据距离领航
    员AUV和数据传输的效果选择负责外围节点的通信或休眠;而对于其他AUV节点采用一对多
    竞争拓扑传输方式,采用了一对多竞争的自适应通信方法。
    3.根据权利要求1所述的一种水下机器人的自适应组网通信方法,其特征在于:所述的
    线性传输拓扑结构的通信方法为:
    (1)当一个领航员AUV与其他几个AUV跟随节点采用线性拓扑传输方式通信时,自适应
    组网通信方法中每个节点均包含一个“RTS”、“CTS”、“Data”和“ACK”,当信道竞争选
    择完毕后,领航员AUV和所有的跟随AUV通过广播与应答的方式实现时间同步,领航员AUV
    通过中间节点1向接收节点2发送消息;
    (2)领航员AUV首先向接收节点1发送“RTS”消息,其数据包格式为{RTS,node_pos,
    node_speed,destination_node},分别代表领航员AUV的数据发送请求、当前位置、速度
    和目的接收节点,当接收节点1收到“RTS”消息时,该AUV直接将该消息传递至接受节点2,
    并一直等待直至接收到目的AUV2返回的“CTS”或超时??;当接收节点2收到“RTS”消息
    时,该节点被通知有即将到来的消息传输,目的AUV进入“Responseadjustment”状态,同
    时向接收节点1传递“CTS”信息;当接收节点1收到接收节点2的“CTS”消息或超时帧时,
    向领航员AUV返回“CTS”消息,其数据包格式为{CTS1/overtime,node1_pos,node1_speed,
    CTS2/overtime,node2_pos,node2_speed},分别代表接收节点1或2发出的“CTS”或超时
    消息,接收节点1或2的当前位置和速度;当超时发生时,领航员AUV重新根据其他AUV节
    点的位置信息选择目的AUV;
    (3)当领航员AUV收到“CTS”消息,通过相应的信道经接收节点1向接收节点2发送
    数据,如果目的AUV1从领航员AUV接收到“Data”,进入“Responseadjustment”状态,并
    将数据包转发至接收节点2;接收节点2接收数据完毕后,进入“ACK”状态,向接收节点1
    发送“ACK”数据包,否则即为数据传输超时;
    (4)当“Responseadjustment”状态完成,接收AUV2向接收AUV节点1发送“ACK”
    数据包,接收AUV节点1再将“ACK”数据包转发给领航员AUV节点;接收节点1所发送的“ACK”
    数据包格式为{ACK1/overtime,node1_pos,node1_speed,ACK2/overtime,node2_pos,
    node2_speed},分别代表接收节点1或2发出的“ACK”或超时消息,接收节点1或2的当前
    位置和速度;在领航员AUV接收到“ACK”数据包后,将结束其数据传输过程,节点进入休眠
    状态。
    4.根据权利要求1所述的一种水下机器人的自适应组网通信方法,其特征在于:所述的
    一对多竞争拓扑结构的通信方法为:
    领航员AUV携带它要发出的消息在预定的信道发出预接触数据包,如果几个AUV接收节
    点同时发出预接触数据包,信道对节点进行竞争和选择;信道竞争选择完毕后领航员AUV通
    过信道与目的AUV进行握手;自适应通信方法包含一个“RTS”、“CTS”、“Data”、“ACK”
    的四路握手方法,一个对其他等待AUV的阻止发送数据包,消息传输的延迟过程包含在
    “Responseadjustment”时间内;在传输过程中,信道通过BTS阻止其他AUV节点的使用;
    四路握手通信握手方法包含四个阶段:
    第一阶段,当目的AUV接收到“RTS”帧时,该AUV被通知有即将到来的消息传输,目的
    AUV进入“Responseadjustment”状态,以通过所选择的信道从领航员AUV接收数据包,同
    时向其他AUV节点发送“BTS”数据包以通知它们在这段时间进入“睡眠”状态;
    第二阶段,领航员AUV发出“RTS”帧后,一直等待直至接收到目的AUV返回的“CTS”
    或超时帧,当超时发生时,领航员AUV就返回信道竞争和选择状态;
    第三阶段,开始于领航员AUV接收“CTS”数据包;在这个阶段,领航员AUV通过相应
    的信道向目的AUV发送数据包,如果目的AUV从领航员AUV接收到“Data”,就进入“Response
    adjustment”状态,数据包发送和接收完毕后,将进入“ACK”状态,否则即为数据传输超
    时;
    第四阶段,“Responseadjustment”状态完成,目的AUV发送“ACK”数据包;在领航
    员AUV接收到“ACK”数据包后,结束其数据传输过程;所发送的“BTS”数据包重置向发送,
    以唤醒其他AUV节点,重新进入信道需求状态。

    关 键 词:
    一种 水下 机器人 自适应 组网 通信 方法
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