本发明涉及水声无线网络领域，尤其涉及一种用于水声无线网络的分布式按需调度方法及系统。
背景技术：
在水声网络中，现有的mac协议，即多路访问控制协议有随机访问的协议或者基于握手的协议。但是，由于声调制解调器的长前导码和极低传输速率的特征，分组传输延迟比预期的要长得多，竞争信道通常代价较高，因此随机访问和基于握手的mac协议都不如预期效果好。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本发明的至少一个实施例提供了一种用于水声无线网络的分布式按需调度方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于水声无线网络的分布式按需调度方法，应用于各种规模的水声无线网络中，该调度方法包括初始化阶段和调度更新阶段；
所述初始化阶段包括：
将各水下传输节点分别组成簇，各个所述簇的簇首识别邻居簇首和到各个所述邻居簇首的跳转路径。
所述调度更新阶段包括：
s1、所述簇首接收所有簇员发送的数据传输请求和所有邻居簇首发送的第一调度更新表；
s2、所述簇首根据所有所述数据传输请求和所有所述第一调度更新表生成第二调度更新表和传输通知；
s3、所述簇首将所述传输通知分别发送给所有簇员，将所述第二调度更新表发送到所有邻居簇首。
基于上述技术方案，本发明实施例还可以做出如下改进。
结合第一方面，在第一方面的第一种实施例中，所述s2具体包括：
根据所有所述数据传输请求和所有所述第一调度更新表生成簇首和每个所述簇员进行数据传输的传输信息、下一次调度更新阶段所述簇员向所述簇首发送数据传输请求的时间、下一次调度更新阶段所述簇员将所述邻居簇首发送的第一调度更新表转发到所述簇首的时间、下一次调度更新阶段所述簇员将所述簇首发送的第二调度更新表转发到不同邻居簇首的时间，并存入所述传输通知。
结合第一方面的第一种实施例，在第一方面的第二种实施例中，所述传输信息包括：数据传输发送方、数据传输接收方、数据传输开始时间和数据传输持续时间。
结合第一方面的第一种实施例，在第一方面的第三种实施例中，该调度方法还包括：
所述簇首在所述调度更新阶段决定下一次调度更新阶段的标准时间。
结合第一方面的第三种实施例，在第一方面的第四种实施例中，该调度方法还包括：
所述簇员根据上一次调度更新阶段得到的数据传输请求的发送时间发送所述数据传输请求，所述簇首接收到数据传输请求的时间小于调度更新阶段的标准时间。
结合第一方面的第三种实施例，在第一方面的第五种实施例中，该调度方法还包括：所述簇员接收由所述邻居簇首发送的第一调度更新表，并根据上一次调度更新阶段得到的第一调度更新表转发到所述簇首的时间将所述第一调度更新表转发到所述簇首。
结合第一方面的第五种实施例，在第一方面的第六种实施例中，所述簇首接收到所述第一调度更新表的时间小于所述调度更新的标准时间。
结合第一方面和第一方面的第一、第二、第三、第四、第五、第六种实施例，在第一方面的第七种实施例中，所述s3中将所述第二调度更新表发送到所有邻居簇首，具体包括：
获取水声无线通信网络中的所述簇首到其邻居簇首的跳转路径；
所述跳转路径上有n个传输节点，则所述簇首到所述邻居簇首为n-1跳，其中第n-1跳为传输节点vn-1到传输节点vn的传输过程；
其中，当n小于或等于4时，所述邻居簇首向所述传输节点vn-1发送传输通知，所述簇首向剩余所述传输节点发送传输通知；
或者，当n大于4时，所述邻居簇首向所述传输节点vn-1发送传输通知负责第n-1跳，所述簇首向前两个传输节点v1和v2发送传输通知负责第1跳和第2跳，剩余所述传输节点的簇首根据所述第二调度更新表向剩余所述传输节点发送传输通知。
结合第一方面的第七种实施例，在第一方面的第八种实施例中，所述跳转路径上的所述传输节点数量大于或等于3且小于或等于5。
第二方面，本发明实施例还提供了一种用于水声无线网络的分布式按需调度系统，用于实现上述第一方面中任一实施例提供的分布式按需调度方法。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例通过将水下传输节点分别组成簇，通过设定簇首来对簇中所有传输节点数据传输的过程进行控制，同时将相关的调度信息生成调度更新表发送到邻居簇首，邻居簇首通过相同的方法来控制相应簇员，实现水声网络无冲突的数据传输，提高数据传输的效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于水声无线网络的分布式按需调度方法流程示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一种用于水声无线网络的分布式按需调度方法流程示意图；
图3是本发明又一实施例提供的水声无线网络中传输节点连接示意图。
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用于水声无线网络的分布式按需调度方法，应用于各种规模的水声无线网络中，该调度方法包括初始化阶段和调度更新阶段；
初始化阶段包括：
将各水下传输节点分别组成簇，各个簇的簇首识别邻居簇首和到各个邻居簇首的跳转路径。
具体的，在本步骤中，分别将各个水下传输节点按连接关系组成一跳簇，其中，簇首用于对簇中的所有水下传输节点的数据传输过程进行控制，即对簇中的簇员和自身的数据传输的时间进行调度，使得该簇的簇员及各个簇之间的数据传输过程不会发生冲突，所以在初始化阶段，各个簇的簇首需要对相邻的簇首进行确认，即识别邻居簇首和簇首到各个邻居簇首的跳转路径。
各个簇首识别邻居簇首和到各个邻居簇首的跳转路径的方式可以是根据用户输入的传输节点信息和各个传输节点之间的连接关系来分析得到，还可以是将传输节点分为簇后，每个簇内的传输节点向其他簇的传输节点广播请求，并根据其他簇的反馈信息确认其他簇的簇首，并得到水声网络中任一簇首到相邻簇首的跳转路径，因为每个簇首仅控制本簇的所有传输节点，所以每个簇首只需要知晓相邻簇的所有传输节点的调度时间，就可以为其簇员调度无冲突的数据传输，就可以无冲突地将数据传输到相邻簇或者接收相邻簇的数据，所以不需要将所有簇首之间的跳转路径都规划出来，由此减少数据处理量和网络流量。
调度更新阶段包括：
s1、簇首接收所有簇员发送的数据传输请求和所有邻居簇首发送的第一调度更新表。
在本步骤中，当任意簇中的簇员要向其他传输节点发送数据时，需要向簇首发送数据传输请求，簇首汇总所有簇员发送的数据传输请求后，还需要获取到邻居簇首的调度更新表，以得到邻居簇的所有传输节点的数据传输时间，然后结合簇员需要进行的数据传输请求，实现对本簇的簇员的调度。
在水声网络中，所有簇均会有簇首，但邻居簇首只是与簇首所在簇相邻的簇的簇首，所以本步骤中的簇首是水声网络中的任一簇首。
s2、簇首根据所有数据传输请求和所有第一调度更新表生成第二调度更新表和传输通知。
在本步骤中，簇首为其簇员安排数据传输时要考虑相邻簇的调度信息，以使各节点的数据传输不会发生冲突，所以要在接收到所有第一调度更新表知道相邻簇的调度信息后为其有数据传输要求的簇员和自身调度无冲突的数据传输并生成第二调度更新表，并将这些调度传输信息写进传输通知中，每个簇中的簇员接收到相应簇首发送的传输通知，并根据传输通知分别进行数据传输，各个传输节点的数据传输过程就不会发生冲突。
在本步骤中，根据第一调度更新表生成的第二调度更新表，从簇首转发到邻居簇首，而对于邻居簇首而言，簇首发送到邻居簇首的第二调度更新表即本实施例中簇首接收到的第一调度更新表，所以，第一调度更新表和第二调度更新表仅表示不同更新调度阶段的先后顺序，比如，对于簇首而言，邻居簇首发送来的调度更新表为第一调度更新表，发送给邻居簇首的是第二调度更新表，对于邻居簇首而言，邻居簇首发送给簇首的调度更新表是第n次更新调度阶段的“第二调度更新表”，簇首发送给邻居簇首的调度更新表是第n+1次更新调度阶段的“第一调度更新表”，所以，针对水声网络中的所有簇首，每个簇首均接收邻居簇首上一次更新调度阶段生成的第二调度更新表作为本次更新调度阶段的第一调度更新表，本次更新调度阶段生成第二调度更新表发送到邻居簇首作为下一次更新调度阶段的第一调度更新表。
具体的，根据所有数据传输请求和所有第一调度更新表生成簇首和每个簇员进行数据传输的传输信息、下一次调度更新阶段簇员向簇首发送数据传输请求的时间、下一次调度更新阶段簇员将邻居簇首发送的第一调度更新表转发到簇首的时间、下一次调度更新阶段簇员将簇首发送的第二调度更新表转发到不同邻居簇首的时间，并存入传输通知，调度更新表中包括本簇中簇首和所有簇员进行数据传输的时间。
s3、簇首将传输通知分别发送给所有簇员，将第二调度更新表发送到所有邻居簇首。
在本步骤中，将传输通知发送到所有簇员，各个簇员根据传输通知中的信息进行数据传输，由此实现无冲突数据传输过程，同时将第二调度更新表发送到邻居簇首中，此处将第二调度更新表通过簇首到邻居簇首的跳转路径将第二调度更新表转发到邻居簇首，会经过至少一个簇员，每个簇首仅控制本簇簇员进行数据发送的时间，所以，在本步骤中，传输通知中包括：簇首和每个簇员进行数据传输的传输信息、下一次调度更新阶段簇员向簇首发送数据传输请求的时间、下一次调度更新阶段簇员将邻居簇首发送的第一调度更新表转发到簇首的时间、下一次调度更新阶段簇员将簇首发送的第二调度更新表转发到不同邻居簇首的时间，并存入传输通知，具体的，传输信息包括：数据传输发送方、数据传输接收方、数据传输开始时间和数据传输持续时间，其中，本次调度更新阶段簇员将邻居簇首发送的第一调度更新表转发到簇首的时间到本次调度更新后簇员将簇首发送的第二调度更新表转发到不同邻居簇首的时间为调度更新冲突间隔，该调度更新冲突间隔即调度更新表进行转发过程所占用的时间，簇首在未接收到调度更新表期间不会安排其簇员进行数据传输，所以本次调度更新后到进行下一次调度更新的时间应至少大于该调度更新冲突间隔，以避免簇首在数据不全的情况下安排簇员的数据传输而与邻居簇中的数据传输发生冲突。
在本实施例中，该调度方法还包括：簇首在调度更新阶段决定下一次调度更新阶段的标准时间，结合上述实施例，簇首决定在本次调度更新阶段到下一次调度更新阶段的时间段应至少大于该调度更新冲突间隔，由此确认下一次调度更新阶段的标准时间。
在本实施例中，该调度方法还包括：簇员根据上一次调度更新阶段得到的数据传输请求的发送时间发送数据传输请求，簇首接收到数据传输请求的时间小于调度更新阶段的标准时间。具体的，在上一次更新调度阶段就已经将本次更新调度阶段中簇员向簇首发送数据传输请求的时间确定好，所以，在本次调度更新中簇员直接按照该时间向簇首发送数据传输请求，以此保证簇首在调度更新阶段的标准时间之前接收到数据传输请求，方便簇首整理所有簇员的数据传输请求，并分别安排每个簇员进行数据传输的时间。同理，该调度方法还包括：簇员接收由邻居簇首发送的第一调度更新表，并根据上一次调度更新阶段得到的第一调度更新表转发到簇首的时间将第一调度更新表转发到簇首；簇员将第一调度更新表转发到簇首的时间也应小于该标准时间。
在本实施例中，完成步骤s3后，簇首和邻居簇首对水声无线网络中各水下节点的协调控制，使得水声网络中的数据传输无冲突且稳定有序的进行。
如图2所示，在本实施例中，簇首将第二调度更新表转发到邻居簇首的方法包括：
s21、获取水声无线通信网络中的簇首到其邻居簇首的跳转路径；
s22、跳转路径上有n个传输节点，则簇首到邻居簇首为n-1跳，其中第n-1跳为传输节点vn-1到传输节点vn的传输过程；
其中，当n小于或等于4时，邻居簇首向传输节点vn-1发送传输通知，簇首向剩余传输节点发送传输通知；
或者，当n大于4时，邻居簇首向传输节点vn-1发送传输通知负责第n-1跳，簇首向前两个传输节点v1和v2发送传输通知负责第1跳和第2跳，剩余传输节点的簇首根据第二调度更新表向剩余传输节点发送传输通知。
如图3所示，比如，v4是v8的一个两跳邻居，从v8到v4的路径是v8→v6→v4、三跳邻居和相应路径如图3中，v4是v1的一个三跳邻居，从v1到v4的路径是v1→v2→v3→v4、四跳邻居和相应路径如图3中，v11是v4的四跳邻居，从v4到v11的路径是v4→v6→v7→v9→v11。
在跳转路径上，对于两跳的路径，簇首和邻居簇首各调度一跳；对于三跳的路径，前两跳由簇首调度，最后一跳由邻居簇首调度；对于四跳的路径，前两跳由簇首调度，第三跳称为过渡跳，由过渡跳发送方的任一簇首来为其安排转发时间，第四跳由邻居簇首调度。假设过渡跳为vs→vr，为了使该跳得到控制，以使第二调度更新表可以按计划通过跳转路径，该跳由vs的任一簇首vk根据接收到的第二调度更新表和其自身收集到的其他调度信息来为vs安排无冲突的转发时间，以使第二调度更新表能成功的转发到vr。
在本实施例中，跳转路径上的传输节点数量大于或等于3且小于或等于5，即簇首的邻居簇首有三种：两跳邻居簇首、三跳邻居簇首和四跳邻居簇首，也就是说只有相邻簇之间的数据传输才可能发生冲突，所以需要知道相邻簇中的数据传输情况，而非相邻簇中的数据传输互不影响，所以不需要知道所有簇的数据传输情况，降低了网络流量，从而也节约了能量。
本发明实施例还提供了一种用于水声无线网络的分布式按需调度系统，应用于各种规模的水声无线网络中，包括：由水下传输节点组成的簇；每个簇均包括簇首和簇员，其中，簇首用于对自身和簇员的数据传输进行控制，簇首包括：调度更新生成模块；
簇首用于接收所有簇员发送的数据传输请求和所有邻居簇首发送的第一调度更新表；
调度更新生成模块用于根据所有数据传输请求和所有第一调度更新表生成第二调度更新表和传输通知；
簇首还用于将传输通知分别发送给所有簇员，将第二调度更新表发送到所有邻居簇首。
在本实施例中，每个簇首充当其簇成员的本地调度器。例如，簇首为簇员生成调度。具体来说，在每个调度更新之前，簇首收集簇员发送的传输请求，并在调度更新后通知每个簇员分配的传输信息。通过这样的请求和通知的交换，每个传输节点可以获取按需调度，而不需要知道未来的流量。簇首也为自己安排，但没有这种明确的请求和通知的交换。具有多个簇首的传输节点可以从其任何簇首请求传输信息。
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。