CN113676346B - 一种软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法。该方法通过媒质控制信息以及路由控制信息握手信息交互的形式，依据不同网络任务的优先级在线更改水声通信网络的调制解调方式、媒质控制协议以及路由协议，实现软件定义水声通信网络的协议控制。在网络运行中，运用软件定义的方式进行水声通信网络的协议设计，可在同一套水声网络基础设施上支持多样化的网络任务，提高网络资源利用率，并支持新协议、新技术的灵活插入及测试。
Description
技术领域
本发明涉及水声通信网络领域，具体涉及软件定义水声通信网络的网络协议设计方法。该方法可用于多任务水声通信网络协议设计，实现基于软件定义的水声通信网络协议控制。
背景技术
传统的水声通信网络采用了计算机及陆上无线通信网络的分层架构设计，并根据水声通信网络应用任务的实际状况，建立了基于物理层、媒质控制层以及网络层的水声通信网络架构，同时在网络的每个层运行固定的网络协议。在水声通信网络中，常见的物理层调制解调方式主要包括扩频、频移键控以及正交频分复用等；常见的媒质控制协议主要包括随机访问的ALOHA协议，握手预约的MACA协议，以及时分复用的TDMA协议等；常见的路由协议主要包括基于按需路由的DSR协议及AODV路由协议，以及进行简单复制转发的洪泛路由协议等。握手预约的媒质控制协议大致工作流程为发送节点先向接收节点发送请求发送信息，等待接收节点回复允许发送信息即握手成功后，发送节点再进行数据发送；按需路由的发现过程大致为发送节点首先发送路由请求信息，待收到路由回复信息时表明路由已经建立完毕，此时发送节点产生的网络数据则依据发现的路由进行多跳传输。在具体的数据传输过程中，当发送节点产生了网络层应用任务数据后，传递至媒质控制层确定相应的媒质控制协议，并最终传递至物理层进行调制发送；接收节点完成数据接收后，物理层首先进行正确解调并将信息上传至媒质控制层，媒质控制层再将有效网络负载数据上传至网络层，从而完成了网络中信息从发送节点到接收节点的传输。此外，水声通信网络中定时器的作用是保证节点在结束当前操作后需在定时器有效时间内得到相应节点的回复，否则重新执行或放弃当前操作。
随着水声通信网络的发展，海洋观测、探测数据传输、水下定位导航等网络任务对水声通信网络在数据传输、网络延迟、网络资源消耗等方面产生了多样化的应用任务需求，也对水声通信网络的技术及协议本身提出了更高的要求。然而，传统的水声通信网络在物理层、媒质控制层以及网络层均通过预先设定的方式运行固定的网络协议，这种协议设计的弊端是水声通信网络只能应对单一的网络应用任务，不具备网络资源动态分配部署能力，从而无法应对变化发展的网络应用任务需求。同时，固定的网络结构也导致新技术、新协议无法得到便捷测试与应用，阻碍了水声通信网络技术的发展。
软件定义网络是一种新型的网络架构，目前已在计算机网络中得到应用。计算机网络中的软件定义协议设计方法是将网络的控制功能从各个层中分离，形成统一且集中的控制策略，并通过软件的方式实现网络资源的集中控制与管理部署。这种软件定义的网络架构能在不改变网络硬件设备的前提下，基于中央控制的方式使用软件重新定义和规划网络，实现了针对不同网络应用任务的网络资源灵活调配及按需服务，提升了网络控制的灵活性。
综上可见，面对日益增长的水声通信网络多任务需求，如何通过软件定义的方式进行水声通信网络的协议设计，形成基于软件的统一控制方式，从而实现网络资源的动态部署，以及对多样化网络任务的支持，并支持新协议、新技术的灵活插入及测试，已成为水声通信网络领域技术人员一个迫切需要解决的重要问题。
发明内容
针对现有水声通信网络协议设计所存在的上述技术问题，本发明提供了一种软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，运用软件定义的方式进行水声通信网络的协议设计，可在同一套水声网络基础设施上支持多样化的网络任务，提高网络资源利用率，并支持新协议、新技术的灵活插入及测试。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，通过媒质控制信息以及路由控制信息握手信息交互的形式，依据不同网络任务的优先级在线配置及更改水声通信网络的调制解调方式、媒质控制协议以及路由协议，实现软件定义水声通信网络的协议控制。
更进一步的，具体步骤如下：
(1)配置软件定义水声通信网络各层协议表：构建软件定义水声通信网络各层协议表，包括网络层协议、媒质控制层协议以及调制解调方式，并在表格中对不同协议进行编号；
(2)配置软件定义水声通信网络任务协议策略表：构建软件定义水声通信网络任务协议策略表，并根据不同任务的优先级进行区分，实现基于不同网络任务优先级的网络协议划分；
(3)分别配置接收节点与发送节点的调制解调方式：接收节点在接收到请求发送信息帧并以默认的扩频调制解调方式进行正确解码后，确定发送节点建议的调制解调方式；接收节点按照软件定义水声通信网络任务协议策略表确定媒质控制协议以及路由协议，并以这些协议进行后续数据的接收；发送节点根据网络运行过程中的实际情况及接收的实际水声通信数据选用合适的调制解调方式，并在将要发送的请求发送信息中填入建议所采用的调制解调方式；
(4)分别配置接收节点与发送节点的媒质控制协议：接收节点接收到请求发送信息，以默认的扩频调制解调方式进行解读，读取其中的包序号、数据ID、优先级、调制解调方式、媒质控制协议、路由协议字段；接收节点回复允许发送信息，可延用请求发送信息所建议的调制解调方式，或检测信道情况在允许发送信息中建议其他调制解调方式，以作为下一步对方发送数据的优先选择；接收节点等待接收数据，待数据到达后将有效负载提交至网络层并进入等待模式；发送节点当网络层产生数据需求时以默认的扩频调制解调方式发送请求发送信息，并在请求发送信息内告知接收节点建议采用的网络协议组合；发送节点收到允许发送信息后根据收发节点约定的媒质控制协议以及调制解调方式进行数据的发送；
(5)分别配置中间接收节点与发送节点的路由协议：中间接收节点解析媒质控制层上传的网络负载，针对路由回复/路由请求的路由控制信息执行路由的判断与匹配并更新路由表，针对数据信息则比较新到来与当前执行网络任务的优先级由高至低分别对各任务配置媒质控制协议、路由协议以及调制解调方式执行数据传输；发送节点判断节点内是否存有待传输网络任务的路由表，若存在则根据网络任务类型确定网络层与媒质控制层协议以及调制解调方式后进行数据传输，若否则启动路由发现过程，待路由建立后再执行数据传输。
本发明采用基于软件定义的方式实现了多任务水声通信网络协议设计，故与现有水声通信网络技术相比，本发明具有如下显著的有益效果：
(1)本发明运用软件定义的方式进行水声通信网络的协议设计，可以同一套水声网络基础设施上并行运行多个网络任务，并在线更改网络运行的调制解调方式、媒质控制协议以及网络层协议，实现了对多样化网络任务的支持；
(2)本发明通过建立软件定义水声通信网络各层协议表以及任务协议策略表，可依据不同网络任务的优先级，动态配置网络资源并提供个性化的网络服务，同时当产生新的网络任务时可补充至原有任务协议策略表中，从而实现不同网络任务的按需服务以及灵活管理；
(3)本发明通过请求发送信息以及允许发送信息的交互实现了发送节点与接收节点根据水声信道的状况实时在线确定数据传输所采用的调制解调方式、媒质控制协议、路由协议，从而提升水声通信网络带宽、能耗等资源利用率，并降低传输延迟，提高网络吞吐量；
(4)本发明通过所建立的软件定义水声通信网络各层协议表，可方便实现网络调制解调方式、媒质控制协议、路由协议等新技术、新协议的灵活扩充、更新与测试，利于水声通信网络的技术进步。
附图说明
图1请求发送信息帧结构；
图2允许发送信息帧结构；
图3接收节点媒质控制流程图；
图4发送节点媒质控制流程图；
图5路由信息帧结构；
图6中间接收节点路由流程图；
图7发送节点路由流程图。
具体实施方式
下面通过具体步骤与附图对本发明的实施方式进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明提出了一种软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，通过媒质控制信息以及路由控制信息握手信息交互的形式，依据不同网络任务的优先级在线配置及更改水声通信网络的调制解调方式、媒质控制协议以及路由协议，实现软件定义水声通信网络的协议控制。本实施例通过具体步骤阐述本发明的软件定义多任务水声通信网络协议设计方法的工作模式。
步骤1：配置软件定义水声通信网络各层协议表
根据水下网络的任务需求，对网络的各层协议进行配置，包括网络层协议、媒质控制层协议以及调制解调方式。建立如表1所示的软件定义水声通信网络各层协议表，并在表格中对不同协议进行编号。在网络层，序号1至序号3的网络协议分别对应AODV、洪泛以及DSR路由协议；在媒质控制层，序号1至序号3的网络协议分别对应MACA、ALOHA以及TDMA协议；针对调制解调方式，序号1至序号3分别对应扩频、频移键控、正交频分复用等调制解调方式。同时，本发明的软件定义水声通信网络各层协议表可方便实现网络调制解调方式、媒质控制协议、路由协议的灵活扩充、更新与测试。
步骤2：配置软件定义水声通信网络协议策略表
在水声网络的节点内部署软件定义水声通信网络任务协议策略表，如表2所示。在表格中，根据不同任务的优先级对不同任务进行区分。例如，针对优先级为1的网络任务，任务协议策略表规定采用第2种调制解调方式，第2种媒质控制协议，以及第3种路由协议。本发明基于网络任务协议策略表实现了基于不同网络任务优先级的网络协议划分。同时，当产生新的网络任务时，可灵活插入本发明的软件定义水声通信网络协议策略表中，实现对新任务的按需服务。
步骤3：分别配置接收节点与发送节点的调制解调方式
在本发明中，收发节点约定在组网的初始阶段，控制帧信息，包括请求发送信息，允许发送信息等，默认采用基于扩频的调制解调方式。同时，收发节点利用控制帧信息的其他字段，约定所采用的媒质控制协议以及路由协议。
步骤3.1：配置接收节点调制解调方法
接收节点在接收到请求发送信息帧并以默认的扩频调制解调方式进行正确解码后，确定发送节点建议的调制解调方式。本发明所设计的请求发送信息的帧结构如图1所示。如图1所示的请求发送信息主要由控制帧类型、包序号、任务ID号、优先级、调制解调方式、媒质控制协议、路由协议、数据帧长度以及数据负载等构成：1)控制帧类型为请求发送信息；2)包序号为该包数据的编号；3)任务编号为网络任务协议策略表中事先约定的任务编号；4)优先级为网络任务协议策略表中事先约定的任务优先级；5)调制解调方式、媒质控制协议、路由协议为网络任务协议策略表中事先约定的各层协议；6)数据帧长度以及数据负载为所发送的数据帧的长度以及具体内容。同时，接收节点按照软件定义水声通信网络任务协议策略表确定媒质控制协议以及路由协议，并以这些协议进行后续数据的接收。
此外，接收节点可在回复的允许发送信息中根据水声信道的实时状况建议采用其他调制解调方式。如图2所示，为接收节点回复的允许发送信息的帧结构，主要由控制帧类型、包序号、任务ID、调制解调方式、数据帧长度以及数据负载等构成：1)控制帧类型为允许发送信息；2)包序号为该包数据的编号；3)任务编号为网络任务协议策略表中事先约定的任务编号；4)调制解调方式为接收节点回复数据的调制解调方式，默认缺省则延用请求发送信息的调制解调方式，同时请求发送信息的接收节点可以根据当前水声数据对水声信道进行实时测量，挑选合适的调制解调方式，并在允许发送信息中；5)数据帧长度以及数据负载为所发送的数据帧的长度以及具体内容。
步骤3.2：配置发送节点调制解调方法
发送节点根据网络运行过程中的实际情况及接收的水声通信数据，实时、灵活选用合适的调制解调方式，并在将要发送的请求发送信息中填入建议所采用的调制解调方式，提高数据传输的稳定性。
步骤4：分别配置接收节点与发送节点媒质控制协议
在本发明的媒质控制协议中，对于网络中的请求发送信息/允许发送信息/应答确认信息，采用基于扩频的数据调制解调方式，保证控制消息的识别与传达。同时，本发明在媒质控制的所有协议中均通过请求发送信息告知接收节点所当前数据传输所采用的协议组合。
步骤4.1：配置接收节点媒质控制协议
配置接收节点的媒质控制协议主要分为以下8个步骤，如图3所示。
步骤4.1.1：节点在未工作时处于等待模式；
步骤4.1.2：节点接收到请求发送信息，读取其中的控制帧类型，判断为请求发送信息后，以默认的扩频调制解调方式进行解读，进一步读取其中的包序号、数据ID、优先级、调制解调方式、媒质控制协议、路由协议等字段；
步骤4.1.3：设置一个定时器1；
步骤4.1.4：在定时器1的作用时间内，如果接收到其他发送节点或其他网络任务的请求发送信息，则根据第4.1.2步解读新的请求发送信息；如果未接收到新的请求发送信息，则在定时器1的作用时间内继续等待；
步骤4.1.5：当定时器1的作用时间结束后，节点比较所有在定时器1作用时间内接收到的请求发送信息的优先级，将本节点的各层协议类型设置为优先级最高的发送请求信息所对应的协议组合；
步骤4.1.6：节点回复允许发送信息，可延用请求发送信息所建议的调制解调方式，或检测信道情况在允许发送信息中建议调制解调方式，作为下一步对方发送数据的优先选择；
步骤4.1.7：节点设置一个定时器2，等待接收数据；
步骤4.1.8：节点如果在定时器2作用时间内接收到数据，则将有效负载提交至网络层，并进入等待模式；如果在定时器2作用时间内未接收到数据，则直接返回等待模式。
步骤4.2：配置发送节点媒质控制协议
配置发送节点的媒质控制协议主要分为以下5个步骤，如图4所示。
步骤4.2.1：在发送节点内，网络层等需要发送路由请求信息/路由回复信息/数据信息；
步骤4.2.2：选择扩频调制解调方式发送请求发送信息，并在请求发送信息内告知接收节点建议采用的网络协议组合；
步骤4.2.3：在完成请求发送信息的发送之后，节点设置1个定时器，开始等待允许发送信息；
步骤4.2.4：在定时器作用时间内是否收到了允许发送信息；
步骤4.2.5：如果在定时器作用时间内收到了允许发送信息并解读正确，则根据收发节点约定的媒质控制协议以及调制解调方式进行数据的发送；如果在定时器作用时间内未收到允许发送信息或解读错误，则重新发送请求发送信息，并重新开始等待允许发送信息过程。
步骤5：分别配置发送节点与中间接收节点的路由协议
在本发明中，节点根据控制帧内建议的路由协议对媒质控制层解析之后的有效负载进行进一步操作。本发明所使用的全局路由信息如图5所示，主要由优先级、活跃计数器、任务ID、路由协议、前一跳地址、跳数计数、源地址、目的地址以及下一跳地址等构成：1)优先级为该路由的优先等级，2)活跃计数器为该路由的活跃程度，3)任务ID为当前任务的序号，4)路由协议为所采用的路由协议类型，5)前一跳地址为路由的上一跳节点，6)跳数计数为从源地址到当前节点的总跳数，7)源地址为路由的发起节点，8)目的地址为路由的结束节点，9)下一跳地址为路由的下一跳地址。
同时，在本发明中，每个节点均配有一张路由表，记录了每条路由的具体信息，如优先级、活跃计数器、任务ID、路由协议、前一跳地址、跳数计数、源地址、目的地址以及下一跳地址等，如表3所示。在本发明中，不同的任务可能会使用相同的路由协议或经历相同的路由节点，所以本发明奖所有协议统一形成一张路由表，按照任务的优先级进行划分。当进行路由计算时，则根据统一的路由表进行匹配，再进行相关数据的转发。
对于路由协议的匹配，如果解读出是路由请求/路由回复/路由错误等路由控制帧，则按照相关协议进行具体执行，主要包括：1)路由请求控制帧，根据该包的序号和目的地址在本节点的路由表内进行查找，如果存在通往目的节点的路由信息则产生路由回复应答，否则产生新的路由请求帧，并交由媒质控制层进行广播；2)路由回复帧，截取其中的路由有效部分之后，并记录在本地路由表当中，之后产生新的路由回复帧或者销毁结束。
步骤5.1：配置中间接收节点的路由协议
作为路由接收节点但不是目的节点，即中间接收节点，其路由配置流程主要分为以下10个步骤，如图6所示。
步骤5.1.1：中间接收节点处于等待状态；
步骤5.1.2：媒质控制层上传了有效负载，网络层解析负载头部，并判断路由控制信息的类型；
步骤5.1.3：如果是路由回复/路由请求等路由控制信息，则根据控制信息中配置的路由协议执行路由的判断与匹配，更新路由表；
步骤5.1.4：更新路由表，将新产生的路由信息填入本节点的路由表中；
步骤5.1.5：如果是数据信息，则说明路由已经建立，前向各节点均已经开始数据发送过程，所以在执行转发动作之前，需要与本节点存储的路由表进行匹配，判断该网络任务的优先级，再决定是否执行转发；
步骤5.1.6：如果该网络任务的优先级最高，则立即进行响应，根据上传的请求发送信息，配置媒质控制协议、路由协议以及调制解调方式进行数据转发；
步骤5.1.7：如果该网络任务的优先级较低，则设置一个定时器，进行退避等待；
步骤5.1.8：在第5.1.7步定时器作用期间，如果没有更高优先级的网络任务数据到来，则按照第5.1.7步中任务配置的路由协议进行数据转发；
步骤5.1.9：在第5.1.7步定时器作用期间，如果有更高优先级的网络任务数据到来，则将低优先级的数据暂存于本地，并更新第4.1.7步的定时器；
步骤5.1.10：每当第5.1.7步的定时器作用时间结束后，检查是否有更高优先级的网络任务数据到来，如果在定时器作用时间内没有更高优先级的网络任务数据，就按照优先级从高到低的顺序依次进行数据的传送，否则就进入下一轮的定时等待。
步骤5.2：配置发送节点的路由协议
发送节点的路由配置流程主要分为以下8个步骤，如图7所示。
步骤5.2.1：本节点产生了对应网络任务x的数据；
步骤5.2.2：判断当前是否存在网络任务，如果当前存在网络任务则进入步骤5.2.3，如果当前未存在网络任务则进入步骤5.2.5；
步骤5.2.3：比较新产生的网络任务x与当前存在的网络任务y的优先级；
步骤5.2.4：如果任务x的优先级低于任务y的优先级，则将任务x的数据先存在本地，并等待节点完成当前网络任务y；
步骤5.2.5：判断节点内是否存有网络任务x的路由表，且仍然有效；
步骤5.2.6：如果存有有效的网络任务x的路由表，则根据网络任务类型，确定网络层与媒质控制层协议以及调制解调方式后进行数据传输；
步骤5.2.7：如果未存有有效的网络任务x的路由表，则启动路由发现过程，待路由建立后再转至步骤5.2.6进行数据传输；
步骤5.2.8：根据是否打断了节点内存在的低优先级网络任务，恢复执行低优先级网络任务，或进入结束状态。
| 序号① | 序号② | 序号③ | 序号④ | |
| 网络层 | AODV | 洪泛 | DSR | … |
| 媒质控制层 | MACA | ALOHA | TDMA | … |
| 物理层调制解调方式 | 扩频 | 频移键控 | 正交频分复用 | … |
表1软件定义水声通信网络各层协议表
| 优先级 | 任务序号 | 调制解调方式 | MAC层协议 | 路由层协议 |
| 1 | 1 | ② | ② | ③ |
| 2 | 2 | ① | ③ | ① |
| … | … | … | … | … |
表2软件定义水声通信网络任务协议策略表
| 序号① | 序号② | 序号③ | |
| 优先级 | |||
| 活跃计数器 | |||
| 任务ID | |||
| 路由协议 | |||
| 前一跳地址 | |||
| 跳数计数 | |||
| 源地址 | |||
| 目的地址 | |||
| 下一跳地址 |
表3软件定义水声通信网络节点路由表
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，其特征在于：通过媒质控制信息以及路由控制信息握手信息交互的形式，依据不同网络任务的优先级在线配置及更改水声通信网络的调制解调方式、媒质控制协议以及路由协议，实现软件定义水声通信网络的协议控制；
具体步骤如下：
配置软件定义水声通信网络各层协议表：构建软件定义水声通信网络各层协议表，包括网络层协议、媒质控制层协议以及调制解调方式，并在表格中对不同协议进行编号；
配置软件定义水声通信网络任务协议策略表：构建软件定义水声通信网络任务协议策略表，并根据不同任务的优先级进行区分，实现基于不同网络任务优先级的网络协议划分；
分别配置接收节点与发送节点的调制解调方式：接收节点在接收到请求发送信息帧并以默认的扩频调制解调方式进行正确解码后，确定发送节点建议的调制解调方式；接收节点按照软件定义水声通信网络任务协议策略表确定媒质控制协议以及路由协议，并以这些协议进行后续数据的接收；发送节点根据网络运行过程中的实际情况及接收的实际水声通信数据选用合适的调制解调方式，并在将要发送的请求发送信息中填入建议所采用的调制解调方式；
分别配置接收节点与发送节点的媒质控制协议：接收节点接收到请求发送信息，以默认的扩频调制解调方式进行解读，读取其中的包序号、数据ID、优先级、调制解调方式、媒质控制协议、路由协议字段；接收节点回复允许发送信息，可延用请求发送信息所建议的调制解调方式，或检测信道情况在允许发送信息中建议其他调制解调方式，以作为下一步对方发送数据的优先选择；接收节点等待接收数据，待数据到达后将有效负载提交至网络层并进入等待模式；发送节点当网络层产生数据需求时以默认的扩频调制解调方式发送请求发送信息，并在请求发送信息内告知接收节点建议采用的网络协议组合；发送节点收到允许发送信息后根据收发节点约定的媒质控制协议以及调制解调方式进行数据的发送；
分别配置中间接收节点与发送节点的路由协议：中间接收节点解析媒质控制层上传的网络负载，针对路由回复/路由请求的路由控制信息执行路由的判断与匹配并更新路由表，针对数据信息则比较新到来与当前执行网络任务的优先级由高至低分别对各任务配置媒质控制协议、路由协议以及调制解调方式执行数据传输；发送节点判断节点内是否存有待传输网络任务的路由表，若存在则根据网络任务类型确定网络层与媒质控制层协议以及调制解调方式后进行数据传输，若否则启动路由发现过程，待路由建立后再执行数据传输。
2.根据权利要求1所述的软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，其特征在于：步骤1中，建立软件定义水声通信网络各层协议表，并在表格中对不同协议进行编号；在网络层，序号1至序号3的网络协议分别对应AODV、洪泛以及DSR路由协议；在媒质控制层，序号1至序号3的网络协议分别对应MACA、ALOHA以及TDMA协议；针对调制解调方式，序号1至序号3分别对应扩频、频移键控、正交频分复用的调制解调方式。
3.根据权利要求1所述的软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，其特征在于：步骤3中，配置接收节点调制解调方式具体为：接收节点在接收到请求发送信息帧并以默认的扩频调制解调方式进行正确解码后，确定发送节点建议的调制解调方式，请求发送信息主要由控制帧类型、包序号、任务ID号、优先级、调制解调方式、媒质控制协议、路由协议、数据帧长度以及数据负载构成：1）控制帧类型为请求发送信息；2）包序号为该包数据的编号；3）任务编号为网络任务协议策略表中事先约定的任务编号；4）优先级为网络任务协议策略表中事先约定的任务优先级；5）调制解调方式、媒质控制协议、路由协议为网络任务协议策略表中事先约定的各层协议；6）数据帧长度以及数据负载为所发送的数据帧的长度以及具体内容。
4.根据权利要求1或3所述的软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，其特征在于：步骤3中，接收节点在回复的允许发送信息中根据水声信道的实时状况建议采用其他调制解调方式，接收节点回复的允许发送信息的帧结构，主要由控制帧类型、包序号、任务ID、调制解调方式、数据帧长度以及数据负载构成：1）控制帧类型为允许发送信息；2）包序号为该包数据的编号；3）任务编号为网络任务协议策略表中事先约定的任务编号；4）调制解调方式为接收节点回复数据的调制解调方式，默认缺省则延用请求发送信息的调制解调方式，同时请求发送信息的接收节点可以根据当前水声数据对水声信道进行实时测量，挑选合适的调制解调方式，并在允许发送信息中；5）数据帧长度以及数据负载为所发送的数据帧的长度以及具体内容。
5.根据权利要求1所述的软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，其特征在于：步骤4中，分别配置接收节点与发送节点媒质控制协议
步骤4.1：配置接收节点媒质控制协议
配置接收节点的媒质控制协议主要分为以下8个步骤：
步骤4.1.1：节点在未工作时处于等待模式；
步骤4.1.2：节点接收到请求发送信息，读取其中的控制帧类型，判断为请求发送信息后，以默认的扩频调制解调方式进行解读，进一步读取其中的包序号、数据ID、优先级、调制解调方式、媒质控制协议、路由协议字段；
步骤4.1.3：设置一个定时器1；
步骤4.1.4：在定时器1的作用时间内，如果接收到其他发送节点或其他网络任务的请求发送信息，则根据第4.1.2步解读新的请求发送信息；如果未接收到新的请求发送信息，则在定时器1的作用时间内继续等待；
步骤4.1.5：当定时器1的作用时间结束后，节点比较所有在定时器1作用时间内接收到的请求发送信息的优先级，将本节点的各层协议类型设置为优先级最高的发送请求信息所对应的协议组合；
步骤4.1.6：节点回复允许发送信息，可延用请求发送信息所建议的调制解调方式，或检测信道情况在允许发送信息中建议调制解调方式，作为下一步对方发送数据的优先选择；
步骤4.1.7：节点设置一个定时器2，等待接收数据；
步骤4.1.8：节点如果在定时器2作用时间内接收到数据，则将有效负载提交至网络层，并进入等待模式；如果在定时器2作用时间内未接收到数据，则直接返回等待模式；
步骤4.2：配置发送节点媒质控制协议
配置发送节点的媒质控制协议主要分为以下5个步骤，
步骤4.2.1：在发送节点内，网络层需要发送路由请求信息/路由回复信息/数据信息；
步骤4.2.2：选择扩频调制解调方式发送请求发送信息，并在请求发送信息内告知接收节点建议采用的网络协议组合；
步骤4.2.3：在完成请求发送信息的发送之后，节点设置1个定时器，开始等待允许发送信息；
步骤4.2.4：在定时器作用时间内是否收到了允许发送信息；
步骤4.2.5：如果在定时器作用时间内收到了允许发送信息并解读正确，则根据收发节点约定的媒质控制协议以及调制解调方式进行数据的发送；如果在定时器作用时间内未收到允许发送信息或解读错误，则重新发送请求发送信息，并重新开始等待允许发送信息过程。
6.根据权利要求1所述的软件定义的多任务水声通信网络协议设计方法，其特征在于：步骤5中，分别配置发送节点与中间接收节点的路由协议
步骤5.1：配置中间接收节点的路由协议
作为路由接收节点但不是目的节点，即中间接收节点，其路由配置流程主要分为以下10个步骤；
步骤5.1.1：中间接收节点处于等待状态；
步骤5.1.2：媒质控制层上传了有效负载，网络层解析负载头部，并判断路由控制信息的类型；
步骤5.1.3：如果是路由回复/路由请求的路由控制信息，则根据控制信息中配置的路由协议执行路由的判断与匹配，更新路由表；
步骤5.1.4：更新路由表，将新产生的路由信息填入本节点的路由表中；
步骤5.1.5：如果是数据信息，则说明路由已经建立，前向各节点均已经开始数据发送过程，所以在执行转发动作之前，需要与本节点存储的路由表进行匹配，判断该网络任务的优先级，再决定是否执行转发；
步骤5.1.6：如果该网络任务的优先级最高，则立即进行响应，根据上传的请求发送信息，配置媒质控制协议、路由协议以及调制解调方式进行数据转发；
步骤5.1.7：如果该网络任务的优先级较低，则设置一个定时器，进行退避等待；
步骤5.1.8：在第5.1.7步定时器作用期间，如果没有更高优先级的网络任务数据到来，则按照第5.1.7步中任务配置的路由协议进行数据转发；
步骤5.1.9：在第5.1.7步定时器作用期间，如果有更高优先级的网络任务数据到来，则将低优先级的数据暂存于本地，并更新第4.1.7步的定时器；
步骤5.1.10：每当第5.1.7步的定时器作用时间结束后，检查是否有更高优先级的网络任务数据到来，如果在定时器作用时间内没有更高优先级的网络任务数据，就按照优先级从高到低的顺序依次进行数据的传送，否则就进入下一轮的定时等待；
步骤5.2：配置发送节点的路由协议
发送节点的路由配置流程主要分为以下8个步骤；
步骤5.2.1：本节点产生了对应网络任务x的数据；
步骤5.2.2：判断当前是否存在网络任务，如果当前存在网络任务则进入步骤5.2.3，如果当前未存在网络任务则进入步骤5.2.5；
步骤5.2.3：比较新产生的网络任务x与当前存在的网络任务y的优先级；
步骤5.2.4：如果任务x的优先级低于任务y的优先级，则将任务x的数据先存在本地，并等待节点完成当前网络任务y；
步骤5.2.5：判断节点内是否存有网络任务x的路由表，且仍然有效；
步骤5.2.6：如果存有有效的网络任务x的路由表，则根据网络任务类型，确定网络层与媒质控制层协议以及调制解调方式后进行数据传输；
步骤5.2.7：如果未存有有效的网络任务x的路由表，则启动路由发现过程，待路由建立后再转至步骤5.2.6进行数据传输；
步骤5.2.8：根据是否打断了节点内存在的低优先级网络任务，恢复执行低优先级网络任务，或进入结束状态。
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