本申请提出了一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法和装置，其中，方法包括：获取源节点和目的节点；计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案；源节点对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块。由此，实现了编码块在多路径上的有序传输，充分利用了信道资源并提高了传输成功率，改善水下网络系统的传输性能。
1.一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算所述源节点和所述目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；
基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定所述多条路径的编码块传输的分配方案；
所述源节点对原始数据进行纠删编码后，根据所述分配方案在多路径上传输编码块；
所述基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定所述多条路径的编码块传输的分配方案，包括：
B表示所述目的节点成功收到一个编码块这一事件,P(Ai)表示使用每条路径的概率，则P(B|Ai)代表在路径Ai成功传输编码块的概率；
已知所述目的节点成功收到一个编码块，则这个编码块来自路径Ai的概率表示为P(Ai|B)，通过公式(12)‑(14)进行计算；
假设将原始数据分成k个数据块，并进行纠删编码，生成n个编码块，其中n‑k是冗余块的数目；
所述目的节点应该至少收到所述n个编码块中的任意k个编码块，则所述k个编码块中来自Ai的编码块数目表示为kP(Ai|B)，用Xi表示在路径Ai上分发的编码块的数目，可得满足的条件，如公式(15)‑(17)所示：XiSi≥kP(Ai|B) (16)；
根据上述满足的条件，根据公式(18)计算Xi，即当 小于n时，Xi等于否则，Xi等于n，则确定分配方案；
2.如权利要求1所述的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，其特征在于，所述计算所述源节点和所述目的节点之间的多条路径的路径传输成功率，包括：根据水声传播衰减模型，在单一频率下，节点之间的路径损耗表示为公式(1)：其中，d为传播距离，单位是km；x为衰减因子；f是信号频率，单位是kHz；为衰减系数，单位是dB/km，通过公式(2)计算所述衰减系数；
通过公式(3)‑(6)得到海洋湍流噪声、航运噪声、风浪噪声和热噪声；
10lg(Nt(f))＝17‑30lg(f) (3)；
10lg(Ns(f))＝40+20(s‑0.5)+26lg(f)‑60lg(f+0.03) (4)；
10lg(Nw(f))＝50+7.5(w )+20lg(f)‑40lg(f+0.4) (5)；
10lgNth(f)＝‑15+20lg(f) (6)；
根据所述海洋湍流噪声、所述航运噪声、所述风浪噪声和所述热噪声计算总环境噪声表示为公式(7)：
N(f)＝Nt(f)+Ns(f)+Nw(f)+Nth(f) (7)；
其中，s是舰船密度，为0到1之间的值；w是风速，单位是m/s；
根据所述总环境噪声计算平均信噪比表示为公式(8)：其中，PR(f)是平均传输功率，误比特率通过公式(9)计算，则对于有m个bit的数据包的传输成功率为公式(10)：
假设所述多条路径为A1,A2,...,AL共L条路径，Ai表示第i条路径，Si表示在路径Ai上传输成功的概率，其中，L≥1，1≤i≤L，根据路径上的多个中继节点间的链路传输成功率获得路径的传输成功率表示为公式(11)：其中，M是路径包含的链路总条数，Pj是第j条链路的传输成功率。
3.如权利要求1所述的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，其特征在于，所述源节点对原始数据进行纠删编码后，根据所述分配方案在多路径上传输编码块，包括：
根据所述分配方案，从n个编码块中依次取出相应数目的编码块，当所述n个编码块取完之后再从第一个编码块开始取，在路径上进行传输。
4.如权利要求1所述的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，其特征在于，所述源节点对原始数据进行纠删编码，包括：编码矩阵E是n*k阶矩阵，原始数据分为k个数据块D0～Dk‑1，数据矩阵D是k*1阶矩阵；根据所述编码矩阵E和所述k个数据块进行编码，将所述原始数据编码为n个编码块C0～Cn‑1,如公式(19)所示：
5.一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取源节点和目的节点；
计算模块，用于计算所述源节点和所述目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；
分配模块，用于基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定所述多条路径的编码块传输的分配方案；
传输模块，用于所述源节点对原始数据进行纠删编码后，根据所述分配方案在多路径上传输编码块；
B表示所述目的节点成功接收一个编码块这一事件,P(Ai)表示使用每条路径的概率，则P(B|Ai)代表在路径Ai成功传输编码块的概率；
已知所述目的节点成功收到一个编码块，则这个编码块来自路径Ai的概率表示为P(Ai|B)，通过公式(12)‑(14)进行计算；
假设将原始数据分成k个数据块，并进行纠删编码，生成n个编码块，其中n‑k是冗余块的数目；
所述目的节点应该至少收到所述n个编码块中的任意k个编码块，则所述k个编码块中来自Ai的编码块数目表示为kP(Ai|B)，用Xi表示在路径Ai上分发的编码块的数目，可得满足的条件，如公式(15)‑(17)所示：XiSi≥kP(Ai|B) (16)；
根据上述满足的条件，根据公式(18)计算Xi，即当 小于n时，Xi等于否则，Xi等于n，则确定分配方案；
6.如权利要求5所述的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于：
根据水声传播衰减模型，在单一频率下，节点之间的路径损耗表示为公式(1)：其中，d为传播距离，单位是km；x为衰减因子；f是信号频率，单位是kHz；为衰减系数，单位是dB/km，通过公式(2)计算所述衰减系数；
通过公式(3)‑(6)得到海洋湍流噪声、航运噪声、风浪噪声和热噪声；
10lg(Nt(f))＝17‑30lg(f) (3)；
10lg(Ns(f))＝40+20(s‑0.5)+26lg(f)‑60lg(f+0.03) (4)；
10lg(Nw(f))＝50+7.5(w )+20lg(f)‑40lg(f+0.4) (5)；
10lgNth(f)＝‑15+20lg(f) (6)；
根据所述海洋湍流噪声、所述航运噪声、所述风浪噪声和所述热噪声计算总环境噪声表示为公式(7)：
N(f)＝Nt(f)+Ns(f)+Nw(f)+Nth(f) (7)；
其中，s是舰船密度，为0到1之间的值；w是风速，单位是m/s；
根据所述总环境噪声计算平均信噪比表示为公式(8)：其中，PR(f)是平均传输功率，误比特率通过公式(9)计算，则对于有m个bit的数据包的传输成功率为公式(10)：
假设所述多条路径为A1,A2,...,AL共L条路径，Ai表示第i条路径，Si表示在路径Ai上传输成功的概率，其中，L≥1，1≤i≤L，根据路径上的多个中继节点间的链路传输成功率获得路径的传输成功率表示为公式(11)：其中，M是路径包含的链路总条数，Pj是第j条链路的传输成功率。
7.如权利要求5的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置，其特征在于，所述编码模块，具体用于：
编码矩阵E是n*k阶矩阵，原始数据分为k个数据块D0～Dk‑1，数据矩阵D是k*1阶矩阵；根据所述编码矩阵E和所述k个数据块进行编码，将所述原始数据编码为n个编码块C0～Cn‑1，如公式(19)所示：
8.如权利要求5所述的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置，其特征在于，所述传输模块，具体用于：
根据所述分配方案，从n个编码块中依次取出相应数目的编码块，当所述n个编码块取完之后再从第一个编码块开始取，在路径上进行传输。
水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法和装置
技术领域
[0001] 本申请涉及水下自组网技术领域，尤其涉及一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法和装置。
背景技术
[0002] 作为大范围海洋信息获取的重要手段，水下传感器网络技术研究近年来得到快速发展。在民用领域，水下传感器网络可以广泛应用于海洋科学研究、气象水文数据采集、环
境污染监测、海洋灾难预警和海洋珍稀生物保护等方面。在军用领域，水下传感器网络可以
持续为海上作战提供水下探测信息，实现区域海域监测、威胁目标的警戒识别，以及潜艇的
远程定位导航等。在海洋信息的开发领域，水下传感器网络的研究具有巨大发展潜力。而这
些传感器节点能够在海洋环境没有或缺乏基础设施布放的网络环境中实现信息的交互和
协同工作涉及到很多的通信技术，其中，关键技术之一就是水下自组网通信技术。
[0003] 然而，水声信道受到通信带宽有限、多普勒频移、多径效应等因素的限制，海洋环境下通信具有通信传输时延长、数据传输速率不对称、通信链路频繁中断、误码率高而且传
输节点资源有限的特征，在实现可靠的水下传感器自组网方面面临着许多问题。现有的纠
删编码结合多路径传输的方法可用于提高传输的可靠性，但是在高动态的水下传感器网络
中，并没有考虑多条路径的传输成功率差异，系统的数据传递成功率仍有待提升。
[0004] 随着自主水下网络系统应用与发展，未来水下自组织通信网络节点规模将越来越大、业务信息量也越来越丰富，对于网络中节点协同组网的安全性和可靠性要求也会越来
越高。
发明内容
[0005] 本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006] 为此，本申请的一个目的在于提出一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，能够实现编码块在多路径上的有序传输，充分利用了信道资源并提高了传输成
功率，改善水下网络系统的传输性能。
[0007] 本申请的另一个目的在于提出一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置。
[0008] 本申请一方面实施例提出了一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，包括：
[0009] 获取源节点和目的节点；
[0010] 计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；
[0011] 基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案；
[0012] 源节点对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块。
[0013] 本申请另一方面实施例提出了一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置，包括：
[0014] 获取模块，用于获取源节点和目的节点；
[0015] 计算模块，用于计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；
[0016] 分配模块，用于基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案；
[0017] 编码模块，用于所述源节点对原始数据进行纠删编码；
[0018] 传输模块，用于源节点对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块。
[0019] 本申请实施例所提供的技术方案可以包含如下的有益效果：
[0020] 通过获取源节点和目的节点；计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案；源节点
对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块。由此，实现了编码块在
多路径上的有序传输，充分利用了信道资源并提高了传输成功率，改善水下网络系统的传
输性能。
[0021] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0022] 本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023] 图1为本申请实施例所提供的一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法的流程示意图；
[0024] 图2为本申请实施例所提供的多路径传输纠删编码示意图；
[0025] 图3为本申请实施例所提供的CSMA方案示意图；
[0026] 图4为本申请实施例所提供的路由过程示意图；
[0027] 图5为本申请实施例所提供的路由包结构设计示意图；
[0028] 图6为本申请实施例所提供的一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置的结构示意图。
具体实施方式
[0029] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0030] 下面参照附图描述本申请实施例的一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法和装置。
[0031] 本申请实施例是基于纠删编码算法，提出一种水下传感器自组织网络多路径传输纠删编码块的分配方法，该方法在水下传感器网络中根据水声信道衰减模型，计算源节点
到目的节点间多条路径的路径传输成功率，制定基于贝叶斯定理的分配方案，然后源节点
对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案将相应数目的编码块在不同路径上进行传输。
该过程提高了目的节点重建出原始数据的成功率，改善了数据传输的可靠性。
[0032] 图1为本申请实施例所提供的一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法的流程示意图。
[0033] 如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0034] 步骤101，获取源节点和目的节点。
[0035] 步骤102，计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率。
[0036] 在本申请的一个实施例中，计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率，包括：
[0037] 根据水声传播衰减模型，在单一频率下，节点之间的路径损耗表示为公式(1)：
[0038]
[0039] 其中，d为传播距离，单位是km；x为衰减因子；f是信号频率，单位是kHz；为衰减系数，单位是dB/km，通过公式(2)计算衰减系数。
[0040]
[0041] 通过公式(3)‑(6)得到海洋湍流噪声、航运噪声、风浪噪声和热噪声。
[0042] 10lg(Nt(f))＝17‑30lg(f) (3)。
[0043] 10lg(Ns(f))＝40+20(s‑0.5)+26lg(f)‑60lg(f+0.03) (4)。
[0044] 10lg(Nw(f))＝50+7.5(w0.5)+20lg(f)‑40lg(f+0.4) (5)。
[0045] 10lgNth(f)＝‑15+20lg(f) (6)。
[0046] 根据海洋湍流噪声、航运噪声、风浪噪声和热噪声计算总环境噪声表示为公式(7)：
[0047] N(f)＝Nt(f)+Ns(f)+Nw(f)+Nth(f) (7)。
[0048] 其中，s是舰船密度，为0到1之间的值；w是风速，单位是m/s。
[0049] 根据总环境噪声计算平均信噪比表示为公式(8)：
[0050]
[0051] 其中，PR(f)是平均传输功率，误比特率通过公式(9)计算，则对于有m个bit的数据包的传输成功率为公式(10)：
[0052]
[0053] P＝(1‑pe(d))m (10)。
[0054] 假设多条路径为A1,A2,...,AL共L条路径，Ai表示第i条路径，Si表示在路径Ai上传输成功的概率，其中，L≥1，1≤i≤L，根据路径上的多个中继节点间的链路传输成功率获得
路径的传输成功率表示为公式(11)：
[0055]
[0056] 其中，M是路径包含的链路总条数，Pj是第j条链路的传输成功率。
[0057] 步骤103，基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案。
[0058] 在本申请的一个实施例中，基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案，包括:
[0059] B表示目的节点成功收到一个编码块这一事件,P(Ai)表示使用每条路径的概率，则P(B|Ai)代表在路径Ai成功传输编码块的概率。
[0060] 已知目的节点成功收到一个编码块，则这个编码块来自路径Ai的概率表示为P(Ai|B)，通过公式(12)‑(14)进行计算。
[0061]
[0062] P(B|Ai)＝Si (13)。
[0063]
[0064] 假设将原始数据分成k个数据块，并进行纠删编码，生成n个编码块，其中n‑k是冗余块的数目。
[0065] 目的节点应该至少收到n个编码块中的任意k个编码块，则k个编码块中来自Ai的编码块数目表示为kP(Ai|B)，用Xi表示在路径Ai上分发的编码块的数目，可得满足的条件，
如公式(15)‑(17)所示：
[0066]
[0067] XiSi≥kP(Ai|B) (16)。
[0068]
[0069] 根据上述满足的条件，根据公式(18)计算Xi，即当 小于n时，Xi等于否则，Xi等于n，则确定分配方案。
[0070]
[0071] 步骤104，源节点对原始数据进行纠删编码后，据分配方案在多路径上传输编码块。
[0072] 在本申请的一个实施例中，源节点对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块，包括：
[0073] 根据分配方案，从n个编码块中依次取出相应数目的编码块，当n个编码块取完之后再从第一个编码块开始取，在路径上进行传输。
[0074] 具体地，源节点对原始数据进行纠删编码，包括：
[0075] 编码矩阵E是n*k阶矩阵，原始数据分为k个数据块D0～Dk‑1，数据矩阵D是k*1阶矩阵；根据编码矩阵E和k个数据块进行编码，将原始数据编码为n个编码块C0～Cn‑1，如公式
(19)所示：
[0076]
[0077] 为了本领域人员更加清楚上述实施例，下面结合图2‑图5进行详细说明。
[0078] 图2为本申请实施例所提供的多路径传输纠删编码示意图；图3为本申请实施例所提供的CSMA(Carrier Sense Multiple Access，一种允许多个设备在同一信道发送信号的
协议)方案示意图；图4为本申请实施例所提供的路由过程示意图；图5本申请实施例所提供
的路由包结构设计示意图。
[0079] 为了使本申请的技术方案和优点变得更加清晰，接下来将结合对技术方案的具体实施方式作详细地说明：
[0080] 设计一个水下传感器自组织网络信息采集系统，传感器节点分别布放在水下进行信息采集，节点之间的距离在100km以上，传输速率是2Kbps。Sink节点与海面浮标存在光纤
连接，可以将数据传输到地面，所有传感器节点都将信息发送到Sink节点。
[0081] 1、水下传感器网络的自组网过程。
[0082] 传感器节点之间采用竞争式的CSMA协议。CSMA方案流程图如图3所示，送出数据前，监听信道状态，如果在一段时间内信道空闲，则随机延时0‑1个时隙发送数据；如果信道
繁忙，则按照退避窗口的设计，取一个随机退避时间进行退避，退避窗口需要参考加入保护
间隔；当退避时间到达时，再次监听信道状态；直到发送数据成功。
[0083] 2、通过多路径路由算法，在源节点和目的节点之间找到多条路径。
[0084] 路由过程分为邻居发现、拓扑建立、路由计算和路由维护四个阶段，路由过程的示意图如图4所示，路由包的设计结构如图5所示。
[0085] (1)邻居发现阶段
[0086] 每个节点周期性的广播HELLO包，HELLO包的内容包括{包类型，源节点ID}。当节点收到来自其他节点的HELLO包则认定这个节点是自己的邻居节点，并添加到邻居信息表中。
当一个节点一段时间都收不到来自邻居节点的HELLO包，则认定两者之间的链路断裂，将此
邻居节点从邻居信息表中移除。
[0087] (2)拓扑建立阶段
[0088] 节点利用Link State Announcement(LSA)包广播自己与邻居节点的链路状态信息。LSA包的内容包括{包类型，源节点ID，包序号，发送节点ID，转发跳数，一系列链路状态
信息}，LSA包不周期性的发送，只当本节点的链路状态信息改变时进行发送。LSA包可以转
发，而且网络中的每个节点都保存着来自其他节点的最新的LSA包。每个节点根据收到的所
有LSA包的信息，表示出网络中节点的连接状态，形成网络拓扑图G(V,E)，其中V表示拓扑图
中的一系列节点，E表示拓扑图中的一系列链路。
[0089] (3)路由计算阶段
[0090] (3.1)最佳路径
[0091] 针对水声信道存在间歇性中断的特性，考虑到当前不可用的链路在之后可能会变得可用，所以在路由计算阶段也考虑当前不可用的链路。链路时延包括传输时延、传播时
延、等待链路可用时延和排队时延四部分，所以可用链路和不可用链路的时延估计公式分
别为：
[0092] 可用链路：tavailable＝(qnum+1)×latency+qlen/bw。
[0093] 其中，qnum表示在链路上排队的消息数，latency是链路上消息传输的平均传播时延，qlen是排队消息的总大小，bw是链路的带宽。
[0094] 不可用链路：tunavaliable＝latency+toutage。
[0095] 其中，latency是链路上消息传输的平均传播时延，toutage是到目前为止链路断裂持续的时间(至多24个小时)。
[0096] 将链路时延作为链路权重，路由计算阶段是时延版本的Dijkstra最短路径算法。至此，可以在网络中得到最佳路径。
[0097] (3.2)多路径路由
[0098] 注意路由表的结构包括序号和下一跳地址两部分。根据网络拓扑G(V,E)寻找最佳路径，若存在，则将下一跳节点地址n1存到路由表中；否则结束寻找过程。在第一条路径存
在的基础上寻找第二条路径：首先复制G(V,E)，得到一个原始拓扑的副本，然后，在这个副
本中将源节点与n1之间的链路移除，获得新的拓扑图G’(V,E’)；在这个新的拓扑中寻找最
佳路径，若存在，则将下一跳节点地址n2存到路由表中，否则结束寻找。类似的，可以进行更
多路径的寻找。通过移除已找到的下一跳节点与源节点之间的链路获得新的拓扑图，进行
最佳路径寻找，可以确保寻找到的不同路径之间至少有一条链路不同。
[0099] (4)路由维护阶段
[0100] 在动态的水环境下，为了防止路径长时间不回应，或者邻居节点丢失造成路径不可达，在收到来自其他节点的最新的LSA包时重新进行路由过程。除此之外，设置路由维护
定时器，当定时器到期时，也重新进行路由过程。
[0101] 3、源节点对原始数据进行纠删编码生成多个编码块。
[0102] 纠删编码的完整过程为：编码矩阵E是n*k阶矩阵，原始数据分为k个数据块为D0～Dk‑1，数据矩阵D是k*1阶矩阵，此处使用n＝3，k＝2，表示出编码的原理：
[0103]
[0104] 编码矩阵E的任意2行组成的矩阵是可逆的。通过上述编码过程，将原始数据编码为D0,D1,C0。
[0105] 4、源节点通过基于贝叶斯公式的分发方法得到对编码块的分发方案。
[0106] 假设找到源节点到目的节点的三条路径A1,A2,A3，根据衰减模型计算得到各条路径的成功传输概率：S1＝0.8，S2＝0.65，S3＝0.7，则分配方案的计算过程如下所示：
[0107]
[0108]
[0109]
[0110] P(B|Ai)＝Si。
[0111]
[0112]
[0113]
[0114] 所以，当 小于n时，Xi等于 否则，Xi等于n。得到：X1＝2，X2＝1,X3＝1。
[0115] 5、源节点根据分发方案在多路径上传输编码块。
[0116] 根据上述的分发方案，将编码得到的3个编码块中的前两个在路径A1上传输，第三个在路径A2上传输，然后再从一个编码块开始，将第一个编码块在A3上传输。
[0117] 6、目的节点对接收到的编码块进行纠删译码。
[0118] 当收到3个数据块中的任意2个，就可以恢复原始数据。假设收到D0,C0，则有：
[0119]
[0120] 其中，矩阵F是由对应的E矩阵中的第1行和第3行的行向量组成，则在方程的左右‑1
两侧同乘以矩阵F的逆矩阵F ，可得到：
[0121]
[0122] 即：
[0123] 由此，可以计算得到原始数据D0,D1,这就是完整的译码过程。
[0124] 综上所述，本申请实施例的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方法，针对水声信道的频繁中断和高误码率等特征，对原始数据进行纠删编码，借助纠删编码生
成冗余分组，目的节点只需要接收部分编码分组就可以译码恢复出原始数据，提高了传输
成功率和传输可靠性；通过水下传感器网络的多路径路由方案以及基于贝叶斯定理的分发
方法，实现了编码分组在多路径上有序地并行传输，充分利用了信道资源并提高了接收成
功率。
[0125] 图6为本申请实施例所提供的一种水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置的结构示意图。
[0126] 如图6所示，该装置包括：获取模块601、计算模块602、分配模块603、编码模块604和传输模块605。
[0127] 获取模块601，用于获取源节点和目的节点。
[0128] 计算模块602，用于计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率。
[0129] 分配模块603，用于基于贝叶斯定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案。
[0130] 编码模块604，用于所述源节点对原始数据进行纠删编码。
[0131] 传输模块605，用于源节点对原始数据进行纠删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块。
[0132] 进一步地，在本申请实施例的一种可能实现方式中，计算模块602，具体用于：
[0133] 根据水声传播衰减模型，在单一频率下，节点之间的路径损耗表示为公式(1)：
[0134]
[0135] 其中，d为传播距离，单位是km；x为衰减因子；f是信号频率，单位是kHz；为衰减系数，单位是dB/km，通过公式(2)计算衰减系数。
[0136]
[0137] 通过公式(3)‑(6)得到海洋湍流噪声、航运噪声、风浪噪声和热噪声。
[0138] 10lg(Nt(f))＝17‑30lg(f) (3)。
[0139] 10lg(Ns(f))＝40+20(s‑0.5)+26lg(f)‑60lg(f+0.03) (4)。
[0140] 10lg(Nw(f))＝50+7.5(w0.5)+20lg(f)‑40lg(f+0.4) (5)。
[0141] 10lgNth(f)＝‑15+20lg(f) (6)。
[0142] 根据海洋湍流噪声、航运噪声、风浪噪声和热噪声计算总环境噪声表示为公式(7)：
[0143] N(f)＝Nt(f)+Ns(f)+Nw(f)+Nth(f) (7)。
[0144] 其中，s是舰船密度，为0到1之间的值；w是风速，单位是m/s。
[0145] 根据总环境噪声计算平均信噪比表示为公式(8)：
[0146]
[0147] 其中，PR(f)是平均传输功率，误比特率通过公式(9)计算，则对于有m个bit的数据包的传输成功率为公式(10)：
[0148]
[0149] P＝(1‑pe(d))m (10)。
[0150] 假设多条路径为A1,A2,...,AL共L条路径，Ai表示第i条路径，Si表示在路径Ai上传输成功的概率，其中，L≥1，1≤i≤L，根据路径上的多个中继节点间的链路传输成功率获得
路径的传输成功率表示为公式(11)：
[0151]
[0152] 其中，M是路径包含的链路总条数，Pj是第j条链路的传输成功率。
[0153] 进一步地，在本申请实施例的一种可能实现方式中，分配模块603，具体用于：
[0154] B表示目的节点成功接收一个编码块这一事件,P(Ai)表示使用每条路径的概率，则P(B|Ai)代表在路径Ai成功传输编码块的概率。
[0155] 已知目的节点成功收到一个编码块，则这个编码块来自路径Ai的概率表示为P(Ai|B)，通过公式(12)‑(14)进行计算。
[0156]
[0157] P(B|Ai)＝Si (13)。
[0158]
[0159] 假设将原始数据分成k个数据块，并进行纠删编码，生成n个编码块，其中n‑k是冗余块的数目。
[0160] 目的节点应该至少收到n个编码块中的任意k个编码块，则k个编码块中来自Ai的编码块数目表示为kP(Ai|B)，用Xi表示在路径Ai上分发的编码块的数目，可得满足的条件，
如公式(15)‑(17)所示：
[0161]
[0162] XiSi≥kP(Ai|B) (16)。
[0163]
[0164] 根据上述满足的条件，根据公式(18)计算Xi，即当 小于n时，Xi等于否则，Xi等于n，则确定分配方案。
[0165]
[0166] 进一步地，在本申请实施例的一种可能实现方式中，编码模块604，具体用于：
[0167] 编码矩阵B是n*k阶矩阵，原始数据分为k个数据块D0～Dk‑1，数据矩阵D是k*1阶矩阵；根据编码矩阵B和k个数据块进行编码，将原始数据编码为n个编码块C0～Cn‑1，如公式
(19)所示：
[0168]
[0169] 进一步地，在本申请实施例的一种可能实现方式中，传输模块605，具体用于：
[0170] 根据分配方案，从n个编码块中依次取出相应数目的编码块，当n个编码块取完之后再从第一个编码块开始取，在路径上进行传输。
[0171] 本申请实施例的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配装置，通过获取源节点和目的节点；计算源节点和目的节点之间的多条路径的路径传输成功率；基于贝叶斯
定理建立的概率模型，确定多条路径的编码块传输的分配方案；源节点对原始数据进行纠
删编码后，根据分配方案在多路径上传输编码块。由此，实现了编码块在多路径上的有序传
输，充分利用了信道资源并提高了传输成功率，改善水下网络系统的传输性能。
[0172] 为了实现上述实施例，本申请实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现
如前述终端设备执行方法实施例所述的水下传感器自组网多路径传输纠删编码块分配方
法。
[0173] 为了实现上述实施例，本申请实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现前述方法实施例所述的水下传感器自组网多
路径传输纠删编码块分配方法。
[0174] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。
[0175] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
[0176] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。
