CN107682434B - 一种水下传感器网络架构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下传感器网络架构及其实现方法，该方法包括：当节点有数据要发送时，数据首先经过协议栈的应用层交付给传输层，由传输层的协议对数据进行端到端的可靠性传输处理，然后再向下交付给网络层，网络层的协议给数据封装上目的地地址，并给出适当的路由信息，再继续向下交付给MAC层，MAC层的协议给数据封装上下一跳的地址，并给出将数据发送给下一节点的方法，最后交付给物理层，由物理层对数据进行调制，并以声信号形式发出。本方法既提供了纯分层架构，同时又有跨层设计，跨层设计对传感器网络至关重要，因为***的性能受各层影响，而跨层设计能使各层相互配合，以提高***性能。

Description

一种水下传感器网络架构及其实现方法

技术领域

本发明涉及水下传感器网络技术领域，尤其涉及一种水下传感器网络架构及其实现方法。

背景技术

水下传感器网络(UWSN)与地面传感器网络之间的差异之一是通讯方式。声学通信被认为是UWSN最实用的方法。水声信道通常具有高衰减，长传播延迟，高误码率和低可用带宽的特点。由于这些特点，一部分在地面传感器网络中被广泛接受的假设在UWSN中并不适用，现有的地面网络协议也不能直接采用。过去几年来，学术界和工业界对UWSN的兴趣日益增长。许多应用、网络协议、设备纷纷浮现。可是上述大多数设计都是基于特定应用的，他们之间通常缺乏兼容性。并且，由于资源有限，大部分UWSN相关研究的测试平台仍限于计算机的仿真模拟。这样，因为不同的假设基础和平台差异，很难对基于同一问题的不同解决方案类进行比较。

因此，针对以上不足，需要提供一种水下传感器网络架构及其实现方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的水下传感器网络架构缺乏兼容性，无法根据客户需求进行扩展的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下传感器网络架构实现方法，包括以下步骤：

当节点有数据要发送时，所述数据经过协议栈的应用层发送到传输层，由所述传输层的协议对所述数据进行端到端的可靠性传输处理，然后发送到网络层；

所述网络层的协议给所述数据封装上目的地地址，并给出最优的路由信息，再发送到所述MAC层；

所述MAC层的协议给所述数据封装上下一跳的地址，并给出将所述数据发送给下一节点的方法，最后发送到物理层；

所述物理层对所述数据进行调制，并以声信号形式发出；

所述应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层之间均实现了队列管理机制。

进一步，还包括以下步骤：

当所述下一节点接收到所述数据时，所述数据的处理流程是权利要求1所述步骤的逆向过程；

还包括以下步骤：所述网络层提取从MAC层得到的所述数据中的路由信息和节点位置信息；

通过获取的所述路由信息对所述预存储的路由表进行更新，通过获取的所述节点位置信息对所述预存储的位置表进行更新。

采用上述方案的有益效果是：各协议层都有自己的分工，不必知道其它层的数据处理细节。通过将复杂的数据处理操作分配给各协议层，整个数据处理流程更清晰简洁，且移植性更好，也方便研究人员开发各层的协议。根据实时传输的数据确定该传输路径的信息，分析该传输路径的传输效率，同时根据路由信息对预存储的路由表进行更新，防止该传输路径传输效率变差时本***仍使用该传输路径传输数据。

进一步，还包括以下步骤：

将所述用户输入的数据和目的地接收所述用户输入的数据时的延迟进行存储；

将接收所述数据的丢包率进行存储；

将接收所述数据的包错误率进行存储；

将水声信道的信道条件、发送功率和信道分配进行存储；

所述给出最优的路由信息，具体包括：根据所述位置表中各节点的位置信息和预存储的所述路由表选取最优传输路径。

采用上述进一步方案的有益效果是：将数据处理过程中各层的关键信息进行存储，通过垂直层进行数据互通，它使这些信息可用于协议栈的所有层，这也是跨层设计的体现；跨层设计对传感器网络至关重要，因为***的性能受各层影响，而跨层设计能使各层相互配合，以提高***性能。

进一步，所述MAC层的协议给所述数据封装上下一跳的地址，并给出将所述数据发送给下一节点的方法，MAC层实现了一种改进的ALOHA协议，包括以下步骤：

S1、当所述MAC层的等待队列接收到所述数据时，获取水声信道条件；

S2、判断所述水声信道是否空闲，是则，执行S3；否则，间隔预设时间后，执行S1；

S3、通过所述水声信道向接收方发送所述数据，并等待接收方反馈的ACK；

S4、判断是否接收到所述ACK，是则，执行S5；否则，执行S6；

S5、判断所述ACK是否对应所述数据，是则，发送成功，将所述数据从所述等待队列删除；否则，执行S2；

S6、判断所述数据的发送次数是否等于预设的最大重传次数，是则，执行S7；否则，执行S8；

S7、放弃发送所述数据，将所述数据从所述等待队列删除；

S8、利用退避算法执行S2；将所述数据分组的发送次数和利用退避算法执行S2的退避时间进行存储。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在该架构的协议栈中的MAC层实现一个协议，来验证该架构的实用性和有效性，证明该架构不只存在于理论阶段，还可用于实际场景中。

进一步，所述物理层对所述数据进行调制，并以声信号形式发出；还包括以下步骤：

生成一组指数分布数字，将所述指数分布数字作为所述数据通过所述水声信道到达接收方的间隔时间；

所述指数分布数字为：

其中T为指数分布数字，U在区间(0,1)内均匀分布，λ为预设置的数据分组到达汇聚节点的速率。

采用上述进一步方案的有益效果是：在发送数据分组时，设置预设间隔时间进行间隔，使数据有规律的进行传输，提高传输效率。

本发明还提供实现上述方法的一种水下传感器网络架构，包括：应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层；所述网络层包括：路由表和位置表；所述物理层包括：水声信道；

所述应用层，用于接收用户输入的数据；并发送给传输层；

所述传输层，用于对所述数据进行分割，得到多个数据分组，并将所述数据分组作编码处理，然后将所述数据分组均发送到所述网络层的管理队列；

所述网络层，用于根据队列管理机制从所述管理队列中获取所述数据分组后，给所述数据分组加上路由信息并封装成数据包，然后将所述数据包发送给所述MAC层的等待队列；

所述MAC层，根据其最大传输单元，将所述数据包分割，并加上MAC层信息后，将分割后的数据包封装成一个或多个第二数据分组，并通过所述水声信道向接收方发送所述第二数据分组。

进一步，所述网络层还包括：路由更新模块和位置更新模块，分别用于提取从MAC层得到的所述数据中的路由信息，通过获取的所述路由信息对所述预存储的路由表进行更新；提取从MAC层得到的所述数据中的节点位置信息，通过获取的所述节点位置信息对所述预存储的位置表进行更新。

进一步，该架构还包括：用于跨层设计的垂直层，所述垂直层与应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层均分别连接，用于存储各层的关键信息，包括存储目的节点接收由源节点发送的数据时的延迟(即端到端延迟)、丢包率、包错误率、水声信道的信道条件、发送功率和信道分配方式；

所述网络层，具体用于，根据所述位置表中各节点的位置信息和预存储的所述路由表选取最优传输路径。

进一步，所述MAC层具体用于，当所述MAC层的等待队列接收到所述第二数据分组时，获取所述水声信道条件；判断所述水声信道是否空闲，是则，通过所述水声信道向接收方发送所述第二数据分组，并等待接收方反馈的ACK，当接收到反馈的ACK时，判断所述ACK是否对应所述第二数据分组，如果是，数据发送成功，将所述第二数据分组从所述等待队列删除，如果否，重新发送所述第二数据分组；否则，判断所述第二数据分组的发送次数是否等于预设的最大重传次数，如果是，放弃发送所述第二数据分组，将所述第二数据分组从所述等待队列删除，如果否，利用退避算法重新发送所述第二数据分组，并将所述第二数据分组的发送次数和利用退避算法重新发送所述第二数据分组的退避时间存储在所述垂直层中。

进一步，所述物理层还包括：泊松流量生成器，所述泊松流量生成器生成一组指数分布数字，将所述指数分布数字作为所述第二数据分组通过所述水声信道到达接收方的间隔时间；

所述指数分布数字为：

其中T为指数分布数字，U在区间(0,1)内均匀分布，λ为预设置的数据分组到达汇聚节点的速率。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本方法既提供了纯分层架构，同时又有跨层设计，跨层设计对传感器网络至关重要，因为***的性能受各层影响，而跨层设计能使各层相互配合，以提高***性能。且本发明通过构建了一个水下传感器网络架构，兼顾了水下传感器网络研究的发展和实际应用的需求，其可扩展性和灵活性能够适应水下应用的快速发展和底层物理设备的更新换代。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构实现方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构实现方法流程示意图其一；

图3是本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构实现方法流程示意图二；

图4是本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构结构示意图其一。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构实现方法流程示意图，包括以下步骤：

当节点有数据要发送时，所述数据经过协议栈的应用层发送到传输层，由所述传输层的协议对所述数据进行端到端的可靠性传输处理，然后发送到网络层；

所述网络层的协议给所述数据封装上目的地地址，并给出最优的路由信息，再发送到所述MAC层；

所述MAC层的协议给所述数据封装上下一跳的地址，并给出将所述数据发送给下一节点的方法，最后发送到物理层；

所述物理层对所述数据进行调制，并以声信号形式发出；

所述应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层之间均实现了队列管理机制。

上述实施例中，对用户输入的数据，传输层根据要求进行分割并编码，然后发送到网络层的管理队列，网络层根据队列中数据包的优先级，依次从队列中提取数据包，并根据路由表选取最优路由信息，然后将其封装进数据包，并将数据包发送到MAC层的等待队列，等待MAC层进行发送，MAC获取水声信道的信道条件，在水声信道空闲时，从等待队列中获取数据分组进行传输，防止数据传输冲突。

优选的，该架构的实现方法还包括以下步骤：

当所述下一节点接收到所述数据时，所述数据的处理流程是权利要求1所述步骤的逆向过程；

该架构的实现方法还包括以下步骤：所述网络层提取从MAC层得到的所述数据中的路由信息和节点位置信息；

通过获取的所述路由信息对所述预存储的路由表进行更新，通过获取的所述节点位置信息对所述预存储的位置表进行更新。

上述实施例中，根据实时传输的数据确定该传输路径的路由信息，分析该传输路径的传输效率，同时根据路由信息对预存储的路由表进行更新，防止该传输路径传输效率变差时本***仍使用该传输路径传输数据。

优选的，还包括以下步骤：

将所述用户输入的数据和目的地接收所述用户输入的数据时的延迟进行存储；

将接收所述数据的丢包率进行存储；

将接收所述数据的包错误率进行存储；

将水声信道的信道条件、发送功率和信道分配进行存储；

所述给出最优的路由信息，具体包括：根据所述位置表中各节点的位置信息和预存储的所述路由表选取最优传输路径。

上述实施例中，将数据传输过程中的重要数据进行存储，通过垂直层进行数据互通，它使***信息可用于协议栈的所有层，这也是跨层设计的体现；水声信道中传输节点的位置不固定，在正向传递数据的同时获取水声信道各节点的位置，并对用于定位服务的位置表进行更新，方便在网络层处理数据时，给数据选取最优的路径，各协议层都有自己的分工，不必知道其它层的数据处理细节。通过将复杂的数据处理操作分配给各协议层，整个数据处理流程更清晰简洁，且移植性更好，也方便研究人员开发各层的协议。

如图2所示，优选的，所述MAC层的协议给所述数据封装上下一跳的地址，并给出将所述数据发送给下一节点的方法，MAC层实现了一种改进的ALOHA协议，包括以下步骤：

S1、当所述MAC层的等待队列接收到所述数据时，获取水声信道条件；

S2、判断所述水声信道是否空闲，是则，执行S3；否则，间隔预设时间后，执行S1；

S3、通过所述水声信道向接收方发送所述数据，并等待接收方反馈的ACK；

S4、判断是否接收到所述ACK，是则，执行S5；否则，执行S6；

S5、判断所述ACK是否对应所述数据，是则，发送成功，将所述数据从所述等待队列删除；否则，执行S2；

S6、判断所述数据的发送次数是否等于预设的最大重传次数，是则，执行S7；否则，执行S8；

S7、放弃发送所述数据，将所述数据从所述等待队列删除；

S8、利用退避算法执行S2；将所述数据分组的发送次数和利用退避算法执行S2的退避时间进行存储。

上述事实例中，在通过物理层进行数据传输时，当接收方接收到数据包时，向发送方反馈ACK进行确认，确保数据包被接收方成功接收，在发送方未接收到来自接收方的ACK时，发送方判断发送的次数是否超过预设值，在未超过预设值时，重新发送数据包给接收方，提高最终数据的完整性，通过在该架构的协议栈中的MAC层实现一个协议，来验证该架构的实用性和有效性，证明该架构不只存在于理论阶段，还可用于实际场景中，ALOHA协议和它的后继者CSMA/CD都是随机访问或者竞争发送协议。随机访问意味着对任何站都无法预计其发送的时刻；竞争发送是指所有发送的站自由竞争信道的使用权。

如图3所示，相对应的，接收方接收数据的过程，通过对信道的监听，接收监听到的数据，并在信道空闲时发送ACK向发送方提供反馈。

优选的，所述物理层对所述数据进行调制，并以声信号形式发出；还包括以下步骤：

生成一组指数分布数字，将所述指数分布数字作为所述数据通过所述水声信道到达接收方的间隔时间；

所述指数分布数字为：

其中T为指数分布数字，U在区间(0,1)内均匀分布，λ为预设置的数据分组到达汇聚节点的速率。

上述实施例中，在发送数据分组时，设置预设间隔时间进行间隔，使数据有规律的进行传输，提高传输效率。

如图4所示，本发明还提供了一种水下传感器网络架构结构示意图，包括：应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层；网络层包括：路由表；物理层包括：水声信道；

所述应用层，用于接收用户输入的数据；并发送给传输层；应用层主要负责不同主机上的进程间的通信；经过在应用层上实现的协议的处理后，生成的数据经过伪BSD套接字接***付给传输层；

所述传输层，用于对所述数据进行分割，得到多个数据分组，并将所述数据分组作编码处理，然后将所述数据分组均发送到所述网络层的管理队列；传输层主要功能是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，它向高层屏蔽了下层数据通信的细节；

所述网络层，用于根据队列管理机制从所述管理队列中获取所述数据分组后，给所述数据分组加上路由信息、目的地地址信息等并封装成数据包，然后将所述数据包发送给所述MAC层的等待队列；网络层主要功能是为数据在结点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为数据由源节点到目的节点的传输选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能；

所述MAC层，根据其最大传输单元，将所述数据包分割，并加上MAC层信息后，将分割后的数据包封装成一个或多个第二数据分组，然后将所述第二数据分组发送给物理层；MAC层主要功能是解决点到点的传输，即如何将数据正确高效地传输到下一节点，包括解决共享信道的冲突等问题；

所述物理层对数据进行调制，并以声信号形式发出，最终完成数据发送；物理层主要功能是为数据传输提供物理媒介，并尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒介的细节，以降低层与层之间的耦合性，提高***的可移植性和可扩展性。

优选的，所述网络层还包括：路由更新模块和位置更新模块，分别用于提取从MAC层得到的所述数据中的路由信息，通过获取的所述路由信息对所述预存储的路由表进行更新；提取从MAC层得到的所述数据中的节点位置信息，通过获取的所述节点位置信息对所述预存储的位置表进行更新。

如图5所示，本发明实施例提供的一种水下传感器网络架构结构示意图其一，优选的，该架构还包括：用于跨层设计的垂直层，所述垂直层与应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层均分别连接，用于存储各层的关键信息，包括存储目的节点接收由源节点发送的数据时的延迟(即端到端延迟)、丢包率、包错误率、水声信道的信道条件、发送功率和信道分配方式；跨层设计对传感器网络至关重要。其一，***的能耗受各层的影响，各层应该相互配合以降低整个***的能耗。其二，在一个衰减严重的网络信道中，跨层设计可以更好地提高吞吐量。物理层为其他层提供了例如BER的信道状况信息、发送功率信息、信道分配信息；数据链路层(MAC层)提供了重传次数信息、退避时间信息；网络层提供了移动IP切换开始/结束信息；传输层提供了包错误率；应用层提供了可接受延迟和丢包信息；用户层面提供了用户的行为和端到端的延迟。

网络层中还包括：用于定位服务的位置表；MAC层，还用于获取水声信道中各传输节点的位置信息，并发送到网络层；

网络层对预存储的传输节点的位置表进行更新；

所述网络层，具体用于，根据所述位置表中各节点的位置信息和预存储的所述路由表选取最优传输路径。

优选的，所述MAC层具体用于，当所述MAC层的等待队列接收到所述第二数据分组时，获取所述水声信道条件；判断所述水声信道是否空闲，是则，通过所述水声信道向接收方发送所述第二数据分组，并等待接收方反馈的ACK，当接收到反馈的ACK时，判断所述ACK是否对应所述第二数据分组，如果是，数据发送成功，将所述第二数据分组从所述等待队列删除，如果否，重新发送所述第二数据分组；否则，判断所述第二数据分组的发送次数是否等于预设的最大重传次数，如果是，放弃发送所述第二数据分组，将所述第二数据分组从所述等待队列删除，如果否，利用退避算法重新发送所述第二数据分组，并将所述第二数据分组的发送次数和利用退避算法重新发送所述第二数据分组的退避时间存储在所述垂直层中，该功能具体流程为当上层协议有数据要发送时，监听信道是否空闲，如果空闲则进入下一过程如果信道占用则数据进入等待队列。发送数据分组后，等待本次分组的ACK反馈。如果成功接收当前数据分组的ACK，意味着当前数据分组已经成功被接收端接收，则在待发送的分组队列中删除本分组的数据，并等待下一次发送任务。如果接收到的ACK不是针对本次发送分组的，则等到信道空闲时重新发送当前数据分组，重传过程持续到接收到正确的ACK为止，这个过程中如果超过最大重传次数，将放弃本次要发送的数据分组，同样删除待发送分组队列中本分组的数据，相对应的，接收方接收数据分组的过程。通过对信道的监听，接收监听到的分组，并在信道空闲时发送ACK向发送方提供反馈。

优选的，所述物理层还包括：泊松流量生成器，所述泊松流量生成器生成一组指数分布数字，将所述指数分布数字作为所述第二数据分组通过所述水声信道到达接收方的间隔时间；

所述指数分布数字为：

其中T为指数分布数字，U在区间(0,1)内均匀分布，λ为预设置的数据分组到达汇聚节点的速率；我们设置数据分组到达汇聚节点的速率为λ。并增加发送节点的数量由1到5，测量***吞吐量。我们在两种情景下测试了MAC协议：第一种情况下，***总体数据生成速率是固定的，并且均摊到各个节点。例如，如果只有一个发送节点，则数据到达速度为λ；如果有N个发送节点，则每个发送节点的数据到达率为

第二种情况下，单个节点具有固定的数据到达率λ，所以如果N个节点正在发送，则***总数据到达率为Nλ；在第一种情况下，***总数据到达率是相同的。使用80bps的调制解调器，发送一个数据包至少需要3.2(输送数据包到信道)+ε秒，ε包括调制解调器的模式切换时间等开销，因此最大到达速率应小于1/3.2＝0.3125。当MAC协议起作用时，会引入额外的开销。发送方需要等待ACK或超时。在最好的情况下，需要2×(3.2+ε)，所以***最大可能吞吐量进一步降低至

所以λ的上限为

在本次测试中，我们将总λ设置为0.1，这意味着平均每10秒发送一个分组。这意味着最大***吞吐量等于25.6bps。***吞吐量随着发送节点的增加而下降(第一种情况)。但是，发送节点超过3个时，两种情况的差异很小。这是因为***正在接近该水声信道利用率的上限。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种水下传感器网络架构实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

当节点有数据要发送时，所述数据经过协议栈的应用层发送到传输层，由所述传输层的协议对所述数据进行端到端的可靠性传输处理，然后发送到网络层；

所述网络层的协议给所述数据封装上目的地地址，并给出最优的路由信息，再发送到MAC层；

所述MAC层的协议给所述数据封装上下一跳的地址，并给出将所述数据发送给下一节点的方法，最后发送到物理层；

所述物理层对所述数据进行调制，并以声信号形式发出；

所述应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层之间均实现了队列管理机制；

其中，所述MAC层的协议给所述数据封装上下一跳的地址，并给出将所述数据发送给下一节点的方法，MAC层实现了一种改进的ALOHA协议，包括以下步骤：

S1、当所述MAC层的等待队列接收到所述数据时，获取水声信道条件；

S2、判断所述水声信道是否空闲，是则，执行S3；否则，间隔预设时间后，执行S1；

S3、通过所述水声信道向接收方发送所述数据，并等待接收方反馈的ACK；

S4、判断是否接收到所述ACK，是则，执行S5；否则，执行S6；

S5、判断所述ACK是否对应所述数据，是则，发送成功，将所述数据从所述等待队列删除；否则，执行S2；

S6、判断所述数据的发送次数是否等于预设的最大重传次数，是则，执行S7；否则，执行S8；

S7、放弃发送所述数据，将所述数据从所述等待队列删除；

S8、利用退避算法执行S2；将所述数据分组的发送次数和利用退避算法执行S2的退避时间进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种水下传感器网络架构实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当所述下一节点接收到所述数据时，所述数据的处理流程是权利要求1所述步骤的逆向过程；

还包括以下步骤：所述网络层提取从MAC层得到的所述数据中的路由信息和节点位置信息；

通过获取的所述路由信息对预存储的路由表进行更新，通过获取的所述节点位置信息对预存储的位置表进行更新。

3.根据权利要求2所述的一种水下传感器网络架构实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将用户输入的数据和目的地接收所述用户输入的数据时的延迟进行存储；

将接收所述数据的丢包率进行存储；

将接收所述数据的包错误率进行存储；

将水声信道的信道条件、发送功率和信道分配进行存储；

所述给出最优的路由信息，具体包括：根据所述位置表中各节点的位置信息和预存储的所述路由表选取最优传输路径。

4.根据权利要求1所述的一种水下传感器网络架构实现方法，其特征在于，所述物理层对所述数据进行调制，并以声信号形式发出；还包括以下步骤：

生成一组指数分布数字，将所述指数分布数字作为所述数据通过所述水声信道到达接收方的间隔时间；

所述指数分布数字为：

其中T为指数分布数字，U在区间(0,1)内均匀分布，λ为预设置的数据分组到达汇聚节点的速率。

5.一种水下传感器网络架构，其特征在于，包括：应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层；所述网络层包括：路由表和位置表；所述物理层包括：水声信道；

所述应用层，用于接收用户输入的数据；并发送给传输层；

所述传输层，用于对所述数据进行分割，得到多个数据分组，并将所述数据分组作编码处理，然后将所述数据分组均发送到所述网络层的管理队列；

所述网络层，用于根据队列管理机制从所述管理队列中获取所述数据分组后，给所述数据分组加上路由信息并封装成数据包，然后将所述数据包发送给所述MAC层的等待队列；

所述MAC层，根据其最大传输单元，将所述数据包分割，并加上MAC层信息后，将分割后的数据包封装成一个或多个第二数据分组，并通过所述水声信道向接收方发送所述第二数据分组；

所述架构还包括：用于跨层设计的垂直层，所述垂直层与应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层均分别连接，用于存储各层的关键信息；

所述MAC层具体用于，当所述MAC层的等待队列接收到所述第二数据分组时，获取所述水声信道条件；判断所述水声信道是否空闲，是则，通过所述水声信道向接收方发送所述第二数据分组，并等待接收方反馈的ACK，当接收到反馈的ACK时，判断所述ACK是否对应所述第二数据分组，如果是，数据发送成功，将所述第二数据分组从所述等待队列删除，如果否，重新发送所述第二数据分组；否则，判断所述第二数据分组的发送次数是否等于预设的最大重传次数，如果是，放弃发送所述第二数据分组，将所述第二数据分组从所述等待队列删除，如果否，利用退避算法重新发送所述第二数据分组，并将所述第二数据分组的发送次数和利用退避算法重新发送所述第二数据分组的退避时间存储在所述垂直层中。

6.根据权利要求5所述的一种水下传感器网络架构，其特征在于，所述网络层还包括：路由更新模块和位置更新模块，分别用于提取从MAC层得到的所述数据中的路由信息，通过获取的所述路由信息对预存储的路由表进行更新；提取从MAC层得到的所述数据中的节点位置信息，通过获取的所述节点位置信息对预存储的位置表进行更新。

7.根据权利要求5所述的一种水下传感器网络架构，其特征在于，该架构还包括：用于跨层设计的垂直层，所述垂直层与应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层均分别连接，用于存储各层的关键信息，包括存储目的节点接收由源节点发送的数据时的延迟(即端到端延迟)、丢包率、包错误率、水声信道的信道条件、发送功率和信道分配方式；

所述网络层，具体用于，根据所述位置表中各节点的位置信息和预存储的所述路由表选取最优传输路径。

8.根据权利要求5所述的一种水下传感器网络架构其特征在于，

所述物理层还包括：泊松流量生成器，所述泊松流量生成器生成一组指数分布数字，将所述指数分布数字作为所述第二数据分组通过所述水声信道到达接收方的间隔时间；所述指数分布数字为：

其中T为指数分布数字，U在区间(0,1)内均匀分布，λ为预设置的数据分组到达汇聚节点的速率。

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