一种基于智能天线的渔用Ad hoc网络路由控制方法、系统

摘要

本发明属于海上通信技术领域，公开了—种基于智能天线的渔用Ad hoc网络路由控制方法、系统，所述渔用Ad Hoc网络路由控制方法包括邻居节点发现、区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整以及业务和路由数据处理。本发明将智能天线的空分复用、高抗干扰以及高增益等优势应用于海上通信，从而进一步提升海上通信系统的容量等诸多指标；结合智能天线和节点密度的NRSA协议，在节点密度稀疏分布不同的渔用通信情境下，根据不同方向的一跳邻居节点数动态调整不同方向的通信半径，提升了网络容量。同时，本发明充分考虑节点疏密差异和全向天线的频繁通信干扰问题，以智能天线的优势为基础，结合现有路由的一些特性进一步的提升网络的整体性能。

说明书

技术领域

本发明属于海上通信技术领域，尤其涉及—种基于智能天线的渔用Ad hoc 网络路由控制方法、系统。

背景技术

目前，我国位于亚洲大陆的东部，面向太平洋，有渤海、黄海、东海和南海四大海域，海域辽阔，港口众多，海洋资源丰富。自古以来，我国沿海地区多从事海洋养殖业和海洋捕捞业，有四大渔场，是水产品生产和贸易大国。然而，渔民在近海捕捞作业时，海上的环境复杂多变，导致工作环境比较恶劣，甚至有出现事故的风险。因此，使海上作业安全得到保障，甚至满足海上捕鱼作业的渔民的一些娱乐需求，是沿海地区政府和渔业管理部门迫切希望解决的问题，故需要大力发展海上渔用通信设备，使用性能更加稳定的通信协议。

Ad Hoc网络可以在没有固定网络设备的情况下快速搭建，具有自组织、无中心等特性，适应网络拓扑的动态变化。这与渔业通信的需求相契合，可以通过将Ad Hoc网络应用于海洋通信系统中，来完善海上通信。自组织网络需要确实有效的分布式算法来确定网络组织、链路调度和路由。作为Ad Hoc网络的两大核心技术，MAC的信道干预机制和网络层的路由技术仍然存在许多问题，需要更高效、稳定、鲁棒的算法。

目前，关于Ad Hoc网络研究已经有很多，已经有很多经典的协议被提出。基于地理位置辅助的路由协议GPSR就是其中一个，该协议中的节点首先获取自己的位置信息，然后通过位置服务协议获得目的节点的地理位置。每个节点广播包含本节点地理位置的信标分组，通过周期性的分组交换，网络中的节点能够获取自己一跳范围内所有邻居节点的地理位置，然后利用贪婪转发算法来建立路由。除了很多经典的协议，许多改进的协议也被提出。现有文献中的作者考虑了海上渔用场景中船只不同区域疏密不同的特点，提出了一种通信半径可变的分簇跨层协议HCVCR，根据节点周围节点密度的稠密来动态的调整通信半径，从而减少不同区域节点之间的通信干扰，提升整个网络的吞吐量等整体性能。

近年来，天线技术和数字信号处理技术飞速发展，极大程度的降低了天线的硬件成本，使得智能天线技术在日常无线通信系统中得到了广泛的应用。智能天线(Smartantenna)通过调整发送和接收波束的空间特性，来增强天线性能，并能够进行波束成型和方向检测，目前已广泛的应用于雷达和军事领域。利用天线的方向性能够有效的缓解网络中邻居节点干扰，增强期望方向信号增益，在很大程度上提高网络整体的通信质量。因此，智能天线也成为了优化MAC层接入协议的一条重要途径，现有文献的作者将定向天线应用于Ad Hoc网络提出了DLAODV协议，利用方向性天线的高传输能力，结合按需距离矢量路由AODV和位置路由的思想，优化整个网络路由发现和数据传输方案，从而一定程度上改善了网络的通信质量。

现有Ad Hoc网络由于自组织、无中心和可以在没有固定网络的情况下快速搭建的特性，其广泛用于飞行组网、车联网和军事领域，但是很少有针对海上应用场景设计的AdHoc网络协议。现有文献中尽管将节点的稠密稀疏加以利用，但是整个协议是基于全向天线的，这就导致同一时刻可以发送数据的节点数量由于竞争退避的影响而减少；现有文献中虽然可以一定程度上改善网络的性能，但是并没有考虑海上渔船通信这种特殊场景中各个地方节点密度不一的特性，这就导致在某些船只稀疏的区域，网络通信性能有所下降，严重时甚至导致出现孤立网络或孤立节点。

目前，海上通信仍然以短波、超短波、卫星通信等技术为主，部分文献研究海上AdHoc通信，大大提升了渔用通信设备的先进性。但是这些系统通常采用全向天线进行通信。全向天线在一个节点发送信号的时候，该节点通信半径内的其它节点就不能在该频域同时发送信息，导致网络容量的减小。

因此，针对当前海上通信系统，尤其是海上Ad Hoc通信系统依赖于全向天线的缺点，亟需设计一种新的渔用Ad Hoc网络路由控制方法、系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有海上通信系统通常采用全向天线进行通信，导致网络容量的减小；同时现有海上Ad Hoc通信系统存在依赖于全向天线的缺点。

(2)现有技术是基于全向天线的，这导致同一时刻可以发送数据的节点数量由于竞争退避的影响而减少。

(3)现有技术没有考虑海上渔船通信这种特殊场景中各个地方节点密度不一的特性，这就导致在某些船只稀疏的区域，网络通信性能有所下降，严重时甚至导致出现孤立网络或孤立节点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了—种基于智能天线的渔用Ad hoc 网络路由控制方法、系统，尤其涉及一种基于智能天线的渔用Ad Hoc网络路由控制方法、系统及应用。

本发明是这样实现的：使用智能天线探知区域一跳邻居节点数量，根据策略调整节点智能天线不同覆盖区域的通信半径，并利用智能天线的高增益在路由建立的过程中减少路由的跳数，从而实现端到端的通信路径的压缩。本发明所提供的渔用Ad Hoc网络路由控制方法包括以下步骤：

步骤一，进行邻居节点发现，每一个节点获取所有邻居节点的相关信息，如IP地址、地理位置等，以便之后进行节点通信半径的调整；

步骤二，进行区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整，不仅可以减少渔船通信在稠密区域频繁发生的分组碰撞，而且可以防止稀疏区域无法通信的孤立渔船的出现，为节点之后的通信奠定基础；

步骤三，进行业务和路由数据处理，为渔船端到端的通信提供路由发现和建立以及业务数据的传输，同时减少源节点到目的节点的正向路由的跳数，从而实现端到端的通信路径的压缩。

进一步，所述步骤一中的邻居节点发现包括：

在邻居节点发现阶段，通过HELLO包探知各个区域的邻居节点数量；节点天线覆盖范围划分中，设定波束宽度θ

进一步，所述步骤二中的区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整包括：

采用智能天线，并结合不同小区域的一跳邻居节点数实现节点通信半径的自适应调整；根据海上渔船的实际分布场景，将每个节点的通信半径设计为四档，每个节点的小区域s

所述区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整的具体过程如下：

(1)遍历邻居节点链表；

(2)计算邻居节点位于本节点的哪一个划分区域(s

(3)计算邻居节点与本节点的距离D；

(4)更新对应区域下的相应N

(4)设定区域s

(6)判断j≤6是否成立，如果成立，执行步骤(7)，否则执行步骤(15)；

(7)s

(8)设置节点在s

(9)s

(10)设置节点在s

(11)s

(12)设置节点在s

(13)设置节点在s

(14)j加1，回到步骤(6)；

(15)结束。

进一步，所述步骤三中的业务和路由数据处理包括：

待处理的数据分组包括RREQ分组、RREP分组和业务数据分组。

其中，所述RREQ分组是路由请求分组，包含AODV协议中实现的所有信息，并加入源节点的通信半径信息和地理位置信息；

所述RREP分组是路由应答分组，包含AODV协议中实现的所有信息，并加入源节点和RT_NEXT_NODE两个的通信半径、地理位置以及 RT_NEXT_NODE的地址信息；

所述业务数据分组是由本节点或其它的节点产生的业务数据。

所述数据处理流程具体包括：

(1)调用resv函数接受数据分组；

(2)对接收到的数据分组类型进行判断，如果是业务数据分组则进入步骤 (3)，如果是RREQ分组则进入步骤(4)，如果是RREP分组则进入步骤(5)；

(3)业务数据处理，执行步骤(6)；

(4)RREQ分组处理，执行步骤(6)；

(5)RREP分组处理；

(6)结束。

进一步，所述步骤(3)中的业务数据分组的处理流程包括：

(3.1)当节点有数据传输的请求时，它首先检测自己是否有到目的节点的路由，如果存在本节点到目的节点的路由，则执行步骤(3.4)；如果没有本节点到目的节点的路由，执行步骤(3.2)；

(3.2)产生RREQ分组并广播；

(3.3)接收RREP分组并处理；

(3.4)准备发送业务数据分组，并进行类型判断，如果是上行，则执行步骤(3.5)，否则执行步骤(3.6)；

(3.5)交给传输层处理，执行步骤(3.7)；

(3.6)添加必要信息并交给LL层处理。

(3.7)结束。

所述步骤(4)中的RREQ分组的处理流程包括：

(4.1)对称链路判断，如果是对称链路，则执行步骤(4.2)；如果不是，则执行步骤(4.8)；

(4.2)判断是否存在反向路由，如果存在，则执行步骤(4.3)；如果不存在，则执行步骤(4.4)；

(4.3)更新反向路由，执行步骤(4.5)；

(4.4)建立反向路由；

(4.5)判断接收节点是否为目的节点或存在到目的节点的正向路由，如果不存在路由或不是目的节点，则执行步骤(4.6)；如果存在或者是目的节点，则执行步骤(4.7)；

(4.6)更新RREQ源节点的相关信息并广播该RREQ分组，开始建立路由，并在RREP分组加入源节点正向路由的下一跳节点RT_NEXT_NODE，其中首次产生RREP分组的节点的RT_NEXT_NODE永远是本节点，执行步骤(4.9)；

(4.7)向RREQ源节点回复RREP分组，执行步骤(4.9)；

(4.8)弃RREQ分组；

(4.9)结束。

所述步骤(5)中的RREP数据分组处理流程包括：

(5.1)判断是否存在正向路由，如果存在，则执行步骤(5.3)；否则执行步骤(5.2)；

(5.2)添加正向路由；

(5.3)更新正向路由；

(5.4)判断本节点是否有数据分组需要发送，如果没有，则直接执行步骤 (5.5)；否则先开始传输数据，再执行步骤(5.5)；

(5.5)判断本节点是否为目的节点，如果是，则执行步骤(5.7)；否则执行步骤(5.6)；

(5.6)更新RREP分组的部分信息后转发，执行步骤(5.8)；

(5.7)丢弃RREP分组；

(5.8)结束。

进一步，所述步骤(5.3)中的更新正向路由的流程包括：

(5.3.1)判断RT_NEXT_NODE和本节点是否对称链路，如果是，则执行步骤(5.3.2)；如果不是，则执行步骤(5.3.3)；

(5.3.2)利用RREP分组所携带的RT_NEXT_NODE节点的相关通信信息，更新正向路由，执行步骤(5.3.5)；

(5.3.3)利用RREP分组的源节点的相关通信信息，更新正向路由；

(5.3.4)设置RT_NEXT_NODE节点为本节点；

(5.3.5)结束。

其中，所述步骤(5.3.1)中的RT_NEXT_NODE和本节点是否对称链路的判断流程包括：

(5.3.1.1)计算RT_NEXT_NODE位于本节点的区域s

(5.3.1.2)获取RT_NEXT_NODE所在区域s

(5.3.1.3)计算RT_NEXT_NODE节点和本节点的距离D_R；

(5.3.1.4)判断D_R≤min(L_R_Radius,R_L_Radius)是否成立，如果成立，则本节点和RT_NEXT_NODE是对称链路；否则两个节点不是对称链路；

(5.3.1.5)结束。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述的渔用Ad Hoc网络路由控制方法的渔用Ad Hoc网络路由控制系统，所述渔用Ad Hoc网络路由控制系统包括：

节点发现模块，用于进行邻居节点发现；

节点数计算模块，用于进行区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整；

数据处理模块，用于进行业务和路由数据处理。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

邻居节点发现，区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整，业务和路由数据处理；在业务和路由数据处理阶段对节点接收和发射的各个数据包进行处理。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

邻居节点发现，区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整，业务和路由数据处理；在业务和路由数据处理阶段对节点接收和发射的各个数据包进行处理。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的渔用Ad Hoc网络路由控制系统。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明提供的渔用Ad Hoc网络路由控制方法，基于智能天线的一跳邻居节点数统计、加入智能天线后的通信半径的自适应调整方法、基于智能天线的对称链路的判断方法、基于路由节点的位置和智能天线的路径压缩算法，以及联合一跳邻居节点数、通信半径调整策略和智能天线技术的Ad Hoc路由协议，结合智能天线和一跳邻居节点数的NRSA协议，在节点稠密时，通过智能天线的空分复用能力，提升了网络容量；结合智能天线和节点密度的NRSA协议，在节点稀疏时，通过智能天线的高增益特性，提升了网络的连通度，压缩了路由跳数，降低了数据传输延时；结合智能天线和节点密度的NRSA协议，在节点密度稀疏分布不同的渔用通信情境下，根据不同方向的一跳邻居节点数动态调整不同方向的通信半径，进一步提升了网络容量。

本发明还可以通过在数据包添加节点的地理位置以及通信半径相关信息，可以之间计算出节点之间能否进行定向通信，以代替节点之间能否定向通信的判断方法；采用其它参考坐标系，标示两个通信节点之间的方向角；以60°以外的其它波束主瓣角度实现节点周围区域划分的代替；以波束切换天线或者波束轮转天线代替智能天线。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明将智能天线的空分复用、高抗干扰以及高增益等优势应用于海上通信，从而进一步提升海上通信系统的容量等诸多指标。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

该技术应用了诸如智能天线等各种先进技术，具有一定的先进性，采用了该发明的系统，可以替代现有的渔用通信系统，不仅能为渔民提供安全作业的基本通信保证，还能提供影音娱乐的增值业务，具有重大的商业价值。

(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

本发明，充分考虑渔用通信场景节点疏密情况，将智能天线的空分复用、高抗干扰以及高增益等优势应用于海上通信，通过区域邻居节点数自适应调整区域通信半径，压缩路由跳数，最大化系统吞吐量，填补了国内外相关技术的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的NRSA协议的节点运行流程图。

图2是本发明实施例提供的节点天线覆盖区域划分示意图。

图3是本发明实施例提供的一跳邻居节点数和吞吐量的关系示意图。

图4是本发明实施例提供的节点区域一跳邻居节点数计算和通信半径调整算法流程图。

图5是本发明实施例提供的数据处理流程图。

图6是本发明实施例提供的业务数据分组处理流程图。

图7是本发明实施例提供的RREQ分组处理流程图。

图8是本发明实施例提供的RREP分组处理流程图。

图9是本发明实施例提供的正向路由更新流程图。

图10是本发明实施例提供的正向路由更新中对称链路的判断流程图。

图11是本发明实施例提供的仿真场景节点图。

图12是本发明实施例提供的不同数据产生速率下各个协议吞吐量对比图。

图13是本发明实施例提供的2020年5月3日渔船散点图。

图14是本发明实施例提供的网络节点分布图。

图15是本发明实施例提供的AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议吞吐量对比示意图。

图16是本发明实施例提供的AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议端到端时延对比示意图。

图17是本发明实施例提供的AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议丢包率对比示意图。

图18是本发明实施例提供的渔用Ad Hoc网络路由控制方法流程图。

图19是本发明实施例提供的渔用Ad Hoc网络路由控制系统结构框图；图中：1、节点发现模块；2、节点数计算模块；3、数据处理模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了—种基于智能天线的渔用Ad hoc 网络路由控制方法、系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图18所示，本发明实施例提供的渔用Ad Hoc网络路由控制方法包括以下步骤：

S101，进行邻居节点发现；

S102，进行区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整；

S103，进行业务和路由数据处理。

如图19所示，本发明实施例提供的渔用Ad Hoc网络路由控制系统包括：

节点发现模块1，用于进行邻居节点发现；

节点数计算模块2，用于进行区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整；

数据处理模块3，用于进行业务和路由数据处理。

下面结合术语解释对本发明的技术方案作进一步的描述。

吞吐量：为单位时间内网络中成功传输的数据总量。传输时延：为源节点发送出一个分组到目的节点接收到该分组之间的时间差。Ad Hoc：即无线移动自组织网络。拓扑动态变化的Ad Hoc网络，具有无中心、自组织，在不依赖于固定网络设备情况下便可快速搭建等特点，而且数据分组可以多跳传输。MAC：即介质访问控制，它定义了数据帧怎样在介质上进行传输。路由协议：为规定数据从源节点到达目的节点的传输的规则。AODV：即无线自组网按需平面距离向量路由协议，它是反应式路由协议，也就是说当向目的节点发送包时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。RREQ：即路由请求分组，用来寻找路由的分组。RREP：即路由应答分组。HELLO：一种探知邻居节点的广播分组。NRSA：一种联合一跳邻居节点数、通信半径调整策略和智能天线技术的Ad Hoc路由协议。对称链路：两个节点互相在彼此的定向通信范围内，他们之间的无线链路为定向对称链路。路径压缩：源节点和目的节点进行通信时路由跳数的减少称为路径压缩。RT_NEXT_NODE：在发现路由的过程中，发送 RREP分组的源节点在当前发现的正向路由中需要转发的下一跳节点。NS2：一个免费且源码开源的网络仿真软件。

在渔用通信系统中，所有节点都使用全向天线且通信半径相同的情况下，在节点密集区域，一个节点的发送就会导致周围很多节点的沉默，而在节点稀疏区域也更容易造成某个节点成为无法参与通信的孤立节点，上面的两种情况成为了网络性能提升的重要限制，导致网络的容量和传输时延等相关性能指标急剧下降。因此，节点根据其不同方向的一跳邻居节点数和一些其它因素，动态的调整自身的通信半径大小，同时结合智能天线的空分复用特性，从而提高网络的容量；此外，在进行路由发现的过程中，利用智能天线的高增益可以减少数据包传输的跳数，从而达到减少传输时延的目的。本发明提出一种基于智能天线的渔用Ad Hoc网络路由控制方法、系统。

NRSA算法中，每个节点运行流程图如图1所示，包括邻居节点发现、区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整、业务和路由数据处理三个部分。在业务和路由数据处理阶段，对节点接收和发射的各个数据包进行处理。各个部分详细描述如下：

(1)邻居节点发现

NRSA算法在邻居节点发现阶段，通过HELLO包探知自己的各个区域的邻居节点数量。NRSA算法中的节点天线覆盖范围划分如图2所示，设定波束宽度θ

(2)区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整

为了节点能够依据一跳邻居节点数量实现通信半径的自适应调整，首先需要研究节点一跳通信范围内使得吞吐量最大的最佳一跳邻居节点数，本发明重点关注的是系统的吞吐量，所以利用NS2仿真工具仿真一跳邻居节点数与网络吞吐量的关系。

在忽略传输时延的情况下，通信半径大小对一跳内通信性能的影响可以忽略不计，设定通信半径为50m，然后以50m为半径利用NS2的sedest工具撒点，节点数以20的间隔逐渐增加，并且在每个节点数下选取60％的节点对进行数据传输，数据产生速率为9.6Kbps。得到仿真结果如图3所示，图3给出了吞吐量随一跳邻居节点数变化的趋势，此时吞吐量最大出现在一跳邻居节点数为210 的时候，为了系统的稳定性，本发明设定最佳一跳邻居节点数规定为180。

NRSA算法在区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整阶段，通过遍历邻居节点列表，得到节点各个区域的一跳邻居节点数，并以此为基准按照如图4所示规则调整该区域的通信半径。其中区域是一个只与通信目的节点相对位置相关的因素，而一旦区域确定后，该区域下的通信半径就只取决于该区域的邻居节点的密度大小，因此，在研究区域通信半径和该区域一跳邻居节点数的关系时，可以类比于全向天线通信时，通信半径和邻居节点密度的关系，因为在使用全向天线的时候最佳一跳邻居节点数为180，所以使用智能天线将节点均匀划分为六个小区域时，每一个小区域的最佳一跳邻居节点数应该也是180。

现有文献使用了全向天线获取节点周围的邻居节点，从而为不同的节点设定相应的通信半径，且在数据通信的时候使用全向天线。本发明将采用智能天线，并结合不同小区域的一跳邻居节点数实现节点通信半径的自适应调整。 NRSA算法根据海上渔船的实际分布场景，将每个节点的通信半径设计为四档，即每个节点的小区域s

区域一跳邻居节点数计算与通信半径调整如图4所示，具体过程如下：

步骤2.1：遍历邻居节点链表；

步骤2.2：计算邻居节点位于本节点的哪一个划分区域(s

步骤2.3：计算邻居节点与本节点的距离D；

步骤2.4：更新对应区域下的相应N

步骤2.5：设定区域s

步骤2.6：判断j≤6是否成立，如果成立，执行步骤2.7，否则执行步骤2.15；

步骤2.7：s

步骤2.8：设置节点在s

步骤2.9：s

步骤2.10：设置节点在s

步骤2.11：s

步骤2.12：设置节点在s

步骤2.13：设置节点在s

步骤2.14：j加1，回到步骤2.6；

步骤2.15：结束。

(3)业务和路由数据处理

数据处理过程中，需要处理的主要数据分组包括RREQ分组、RREP分组和业务数据分组。

RREQ分组：即路由请求分组，包含AODV协议中实现的所有信息，并加入源节点的通信半径信息和地理位置等信息。

RREP分组：即路由应答分组，包含AODV协议中实现的所有信息，并加入源节点和RT_NEXT_NODE两个的通信半径、地理位置以及RT_NEXT_NODE 的地址等信息。

业务数据分组：由本节点或其它的节点产生的业务数据。

本发明实施例提供的数据处理流程如图5所示，具体过程包括：

步骤3.1：调用resv函数接受数据分组；

步骤3.2：对接收到的数据分组类型进行判断，如果是业务数据分组则进入步骤3.3，如果是RREQ分组则进入步骤3.4，如果是RREP分组则进入步骤3.5。

步骤3.3：业务数据处理，执行步骤3.6；

步骤3.4：RREQ分组处理，执行步骤3.6；

步骤3.5：RREP分组处理；

步骤3.6：结束。

本发明实施例提供的步骤3.3：业务数据分组的处理流程如图6所示，具体过程包括：

步骤3.3.1：当节点有数据传输的请求时，它首先检测自己是否有到目的节点的路由，如果存在本节点到目的节点的路由，则执行步骤3.3.4；如果没有本节点到目的节点的路由，执行步骤3.3.2；

步骤3.3.2：产生RREQ分组并广播；

步骤3.3.3：接收RREP分组并处理；

步骤3.3.4：准备发送业务数据分组，并进行类型判断，如果是上行，执行步骤3.3.5，否则执行步骤3.3.6；

步骤3.3.5：交给传输层处理，执行步骤3.3.7；

步骤3.3.6：添加一些必要信息并交给LL层处理。

步骤3.3.7：结束。

本发明实施例提供的步骤3.4：RREQ分组的处理流程如图7所示，具体包括：

步骤3.4.1：对称链路判断，如果是对称链路，执行步骤3.4.2，如果不是，执行步骤3.4.8；

步骤3.4.2：判断是否存在反向路由，如果存在执行步骤3.4.3，如果不存在，执行步骤3.4.4；

步骤3.4.3：更新反向路由，执行步骤3.4.5；

步骤3.4.4：建立反向路由；

步骤3.4.5：判断接收节点是否为目的节点或存在到目的节点的正向路由，如果不存在路由或不是目的节点，执行步骤3.4.6，如果存在或者时目的节点，执行步骤3.4.7；

步骤3.4.6：更新RREQ源节点的相关信息并广播该RREQ分组，开始建立路由，并在RREP分组加入源节点正向路由的下一跳节点RT_NEXT_NODE，需要注意的是首次产生RREP分组的节点的RT_NEXT_NODE永远是本节点，执行步骤3.4.9；

步骤3.4.7：向RREQ源节点回复RREP分组，执行步骤3.4.9；

步骤3.4.8：丢弃RREQ分组；

步骤3.4.9：结束。

本发明实施例提供的步骤3.5：RREP数据分组处理流程如图8所示，具体包括：

步骤3.5.1：判断是否存在正向路由，如果存在执行步骤3.5.3，否则执行步骤3.5.2；

步骤3.5.2：添加正向路由；

步骤3.5.3：更新正向路由；

步骤3.5.4：判断本节点是否有数据分组需要发送，如果没有直接执行步骤3.5.5，否则先开始传输数据，再执行步骤3.5.5；

步骤3.5.5：判断本节点是否为目的节点，如果是，执行步骤3.5.7，否则执行步骤3.5.6；

步骤3.5.6：更新RREP分组的部分信息，然后转发，执行步骤3.5.8；

步骤3.5.7：丢弃RREP分组；

步骤3.5.8：结束。

本发明实施例提供的步骤3.5.3：更新正向路由的流程如图9所示，具体包括：

步骤3.5.3.1：判断RT_NEXT_NODE和本节点是否对称链路，如果是，执行步骤3.5.3.2，如果不是执行步骤3.5.3.3；

步骤3.5.3.2：利用RREP分组所携带的RT_NEXT_NODE节点的相关通信信息，更新正向路由，执行步骤3.5.3.5；

步骤3.5.3.3：利用RREP分组的源节点的相关通信信息，更新正向路由；

步骤3.5.3.4：设置RT_NEXT_NODE节点为本节点；

步骤3.5.3.5：结束。

本发明实施例提供的步骤3.5.3.1：RT_NEXT_NODE和本节点是否对称链路的判断流程如图10所示，具体包括：

步骤3.5.3.1.1：计算RT_NEXT_NODE位于本节点的哪一个区域(s

步骤3.5.3.1.2：获取RT_NEXT_NODE所在区域s

步骤3.5.3.1.3：计算RT_NEXT_NODE节点和本节点的距离D_R；

步骤3.5.3.1.4：判断D_R≤min(L_R_Radius,R_L_Radius)是否成立，如果成立，则本节点和RT_NEXT_NODE是对称链路，否则两个节点不是对称链路；

步骤3.5.3.1.5：结束。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

实施例：仿真和结果分析

首先按照现有文献设置仿真场景，对该协议的网络性能进行仿真验证。因为NS-2的setdest工具只能在规定的矩形区域内进行随机撒点，为了实现现有文献中的仿真场景本次仿真对多个大小不同的场景区域进行撒点，在小的区域撒点多一些，大的区域撒点少一些，然后将几个场景文件进行合并，从而建立如图11所示的仿真场景。

本次仿真验证使用的数据业务也按照现有文献进行设置，使用cbrgen工具在图11的仿真场景中随机选取节点生成10条CBR数据链路。CBR数据流速率从50Kbps增加到400Kbps，以50Kbps间隔逐步增加。

公共参数的设置：信道带宽为2Mbps，通信范围与载波侦听范围的比值为 1:2.2，网络中的最小时隙间隔设置为20us。

HCVCR跨层协议的相关设置：TDMA机制的最大时帧为2s，然后将2s划分为两个小时帧，邻居发现时帧0.06s，数据传输时帧1.94s，再将邻居发现时帧划分为6个相等子时帧，每个子时帧为0.01s，网络中蜂窝半径大小为600m，与 HCVCR跨层协议规定的最大通信半径相等，四档通信半径分别为50m、150m、 300m和600m。

AODV协议的相关设置：路由层使用AODV协议，MAC层使用IEEE802.11 协议，通信半径设定为400m。

NRSA协议相关设置：TDMA机制的最大时帧为2s，然后将2s划分为两个小时帧，邻居发现时帧0.06s，数据传输时帧1.94s，再将邻居发现时帧划分为6 个相等子时帧，每个子时帧为0.01s，网络中蜂窝半径大小为500m，与NRSA 协议规定的最大通信半径相等，四档通信半径分别为5m、20m、10m和500m，天线数设置为6。

本次仿真将重复进行20次，每次重新选择10条数据链路，对20次仿真结果取平均值，得到的最终仿真结果如图12所示。

由图12可以看出，在现有文献的相同仿真场景和业务数据设置下，三条曲线都表明吞吐量随着业务数速率的增加而增加，最后趋于饱和状态，NRSA协议在吞吐量性能方面比HCVCR协议表现的更好，实现吞吐量的巨大提升，相较于HCVCR协议提升了约53％，相较于AODV协议提升了约131％，从而使整个网络可以承担更大的网络负载。

由现有文献可以得到某个时间点全球渔船的分布散点图如图13所示，渔船由近海岸线到远海岸线整体呈现稠密到稀疏的趋势，因而仿真所模拟的渔船在渔港、近海以及远海的分布也应该类似。

国家中心渔港鱼货卸港量在8万吨以上，可满足800艘以上大、中、小型渔船停泊、避风和补给，水、陆域面积分别达到40～50万m

由于NS-2中setdest工具源代码的局限性和修改的复杂性，无法得到想要的模型，所以借助matlab工具，实现仿真模型的建立，首先通过matlab得到关键性数据如节点坐标、运动方向以及运动速度等，再将这些数据通过脚本程序转化为合适的NS2仿真脚本可以读取的文件，从而得到最终的仿真场景文件，节点数为1275，最大节点移动速度为0.2m/s，分布情况如图14所示。

本次仿真所使用的业务数据模拟的是渔船通信的语音业务，语音业务通信带宽为9.6Kbps，系统带宽为1Mbps，并且为了模拟真实的渔船实时通信情况，在1275个节点中选取约720个节点，组成240个通信连接，并为每个连接的数据发送设置随机开始时间，每个连接间的数据产生速率设置为9.6Kbps，通信范围与载波侦听范围的比值为1:2.2，网络中的最小时隙间隔为20us，此外由于本次仿真所使用业务连接太多，而且工具cbrgen产生业务链接所使用的节点全部集中在1～300，所以使用matlab工具编写产生业务数据的脚本获取关键数据，再将脚本产生的关键数据转换成NS2可以识别业务数据格式，从而实现更为真实的通信链路和业务数据。

通过仿真可以得到使用AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议的吞吐量分别为134.67Kbps、179.31Kbps和367.34Kbps，将数据结果导入matlab，通过 matlab画出AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议的吞吐量对比图，如图15 所示，从仿真结果数据和图15都可以看出，智能天线的空分复用性使得NRSA 协议的数据包碰撞的概率远远小于HCVCR协议和AODV协议，NRSA协议相比于HCVCR协议和AODV协议可以容纳更多的节点在同一时间进行数据传输， NRSA协议的吞吐量性能比HCVCR协议提升约104％，比AODV协议提升了约172％。

使用AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议的平均端到端时延分别为 0.32s、0.31s和0.05s，将数据结果导入matlab，通过matlab画出AODV协议、 HCVCR协议和NRSA协议的平均端到端时延对比图，如图16所示，从仿真结果数据和图16都可以看出，智能天线的高增益和路径压缩使得NRSA协议的平均端到端时延相比于HCVCR协议和AODV协议减少了约83％，而AODV协议和HCVCR协议的平均端到端时延几乎相等，这是因为NRSA协议使用的智能天线具有高增益，信号具有更远的传播距离，并且在路由发现的过程中使用了路径压缩算法，但是AODV协议和HCVCR协议都使用的是全向天线，而且路由的发现过程基本相似。

使用AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议的丢包率分别为0.24、0.21 和0.03，将数据结果导入matlab，通过matlab画出AODV协议、HCVCR协议和NRSA协议的丢包率对比图，如图17所示，从仿真结果数据和图17都可以看出，智能天线的空分复用性使得NRSA协议的数据包碰撞的概率远远小于 HCVCR协议和AODV协议，所以数据传输的成功率大大提升，也就是语音业务呼叫的成功率相比于HCVCR协议和AODV协议提升了约85％左右。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。