1.低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，作为具有实时高分辨持续观测能力的水声通讯网络中所有设备之间通信规则的集合,包括：一是水声容断容迟通讯网络协议栈，包括水声通讯网络拓扑结构设计、水声通讯网络协议栈设计、水声Bundle层协议设计、水声MAC层协议设计；二是基于接触概率的发散等候水声网络协议CDK‑SQ，包括计算接触概率、水声路由方法及过程；三是具有拥塞控制的CDK‑SQ路由协议CDK‑SQ‑TG；

第一，基于水下结点能量有限，采用分布式多跳对等拓扑结构作为水下结点的部署方式；基于水声通信长延迟、易中断的特征,设计具有容断容迟能力的水声通信网络协议栈，其中媒体接入层基于ALOHA协议，避免控制报文的开销，只在需要发送数据时占用信道，应对水下高延迟链路和能量有限的问题,保证尽量低的能耗和网络延迟下得到相对高的网络吞吐率；

第二，针对水下端到端链路数据传输不稳定性问题，利用水下结点历史接触规律的差异性提出基于接触概率的发散等候协议CDK‑SQ，计算接触概率包括接触频率计算矩阵的构建与更新、接触概率的分步计算，CDK‑SQ路由协议根据结点的历史接触信息的差异性构建二维接触频率计算矩阵,在此基础对接触概率进行计算和对比，调整转发策略，提高报文的投递率，降低端到端的平均时延；

第三，针对CDK‑SQ路由协议存在的网络拥塞问题，结合主动反馈模式和删除策略,从拥塞出现前和出现后两个方向抑制网络拥塞，提出适合CDK‑SQ路由协议的拥塞控制机制，称具有此类拥塞控制机制的CDK‑SQ路由协议为CDK‑SQ‑TG路由协议，在拥塞现象发生前，加入主动反馈模式，当结点进入拥塞状态时,设置标准选择性删除本地缓存的报文。

2.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，水声通讯网络拓扑结构设计：基于分布式对等网络拓扑结构,水声通信网络中需要考虑的重要因素是能量消耗，定量分析分布式对等网络拓扑结构的能耗：假设网络中采用的多址协议支持任意数量的结点连接，网络中结点数共N个，且均匀分布在一条长度为S的直线上,直线末端为终端结点，则各结点之间的距离为S/N，如果一个结点要向相距x的结点发送长度为Tp的数据包,接收功率最低为P0，则发射功率为P1＝P0A(x)，其中A(X)是衰减因子，计算式为：k x

A(x)＝xa             式1

其中，k是功率扩展因子，k值在球面状态下为2，圆柱状态下为1，实际中为1.2，a是取决于吸收系数α(f)中频率的系数，a的计算式为：α(f)/10

a＝10                式2

吸收系数的计算式为：

其中α(f)和f的单位分别是dB/km与KHz；

N个结点的网络通过多跳方式进行数据的传输，其总能量消耗Er计算式：单跳过程消耗的能量为P1＝P0A(S/N)，能耗为E1＝P1TP＝P0A(S/N)TP，所以N个结点所消耗的总能量为：Er＝P0A(S/N)Tp+P0A(S/N)2Tp+…+P0A(S/N)NTp

＝P0A(S/N)TpN(N+1)/2         式4

N个结点的网络通过全连接的方式进行数据的传输,其总能量消耗Ed计算式：

在同样通信距离条件下，中继频率越多，其能耗就越低，能量的衰减呈指数趋势,通过增加中继频率能有效减少能量消耗，但中继频率的增加会造成额外的网络开销；

从通信距离受限角度分析，在相对有限的结点数目条件下获取更大水域面积的观测数据，采用多跳分布式对等网络拓扑结构；

从结点能量受限角度分析，完全分布式拓扑结构容易出现长距离无中继传输，其能耗远比多跳式传输方式高，采用多跳分布式对等网络拓扑结构作为水声通信网络的拓扑结构。

3.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，水声通讯网络协议栈设计：根据传输方式、信道占用、路径选择和业务类型分为物理层、数据链路层、网络层和应用层；

水声通信网络体系结构采用容断容迟网络体系结构，容断容迟网络体系结构设置Bundle层，特征包括：

(1)容断容延迟，Bundle协议设置数据信息保管、交付、传输和丢弃，该层在链路不存在时,先将数据缓存在中间结点上,等有合适的传输链路时再发送出去,发送成功则删除缓存数据恢复内存空间,解决复杂水下环境中延时高、容易中断的问题；

(2)传输效率高，容断容迟网络直接将需要发送的数据信息和其它辅助信息打包成一个包裹发送，省去控制报文开销，提高信道资源利用率；

(3)可靠性高，协议包含保管机制,信宿如果收到数据包，就给信源回复Guar信号，通知其删除缓存报文，如果信源超时未收到反馈报文，则重传；同时,为避免不必要的信息传递造成资源浪费,Bundle只重传发送失败的报文，点到点层面对Bundle包进行保管重传能降低报文丢失率，保证端到端数据传输可靠性；

水声容断容迟网络协议栈的各层具体为：

(1)应用层：作为水声通讯网络分层结构的最顶层,是传感网络和用户的接口,上端为用户提供相应服务，下端管理Bundle层，应用层则确定应用进程使用信息服务的方式，各结点内部应用进程之间的互相通信及业务处理都依赖于应用层制定的协议；

(2)Bundle层：负责数据保管、交付、传输和丢弃，解决复杂水下环境中延时高,容易中断的问题,减少不必要的控制报文开销,提高信道利用率，保证端到端数据传输的可靠性；

(3)网络层：在信宿位置未知且有用信息有限的条件下,网络层迅速准确的找到连接收发结点的传输路径，包括为结点提供路由搜索和进行路由维护，同时还处理结点失效、结点移动意外状况导致的链路失效问题；

(4)数据链路层：对介质的访问进行控制,无线网络都是对有限的信道资源进行共享，只有对信道进行实时地监测或合理分配通信资源才能提高网络的吞吐率，减少不必要的延迟；

(5)物理层：水声容断容迟网络的最底层,利用信道特性和相应的调制解调方法，实现数据的透明传输，在发送端将接收到的二进制的比特流0和1转换为能在水声信道传输的声信号，在接收端再利用调制解调器去除噪声和失真的影响，将声信号还原为最初的逻辑信息。

4.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，水声Bundle层协议设计：Bundle层协议的核心是保管及重传，即结点在数据成功交付前将数据存储起来,直到出现合适的通信链路时才发送,成功收到数据后发送反馈信号，发送端收到反馈信号后会将缓存的数据清除,释放内存，如果规定时间内未收到反馈信号，则重传，重传达到一定频率之后才丢弃缓存数据包，正常情况下数据不会被丢弃；

Bundle协议的子模块包括：封装模块、保管与重传模块、发送模块、接收模块、解封装模块，对数据进行存储时需要一种数据类型,数据发送成功进行反馈时需要另外一种数据类型，为进有效区分，分别设计为Bundle_Info与Bundle_Guar，Bundle_Info是上层数据传输载体，其帧结构包含数据长度、结束位、序列号、标志位、生存时间以及时间戳，Bundle_Guar是数据成功交付的反馈信号，包括标志位、结束位、序列号以及源地址在内的一些控制信息，此外，在保管与重发模块中，为存储已发送但未被确认的Bundle包，构建保管表；

Bundle层协议通过点到点层面可靠交付方式保证水声通信网络端到端数据传输的可靠性，点到点层面数据可靠交付采用“存储‑携带‑转发”的工作方式，在收到的反馈前不删除本地Bundle缓存包，此外，Bundle层定时重传来应对Bundle包的发送失败问题，在发送端，先对数据进行Bundle封装，然后进行Bundle保管,同时设定一个定时器，如果定时器时间内未收Bundle_Guar，则重新发送Bundle包，在接收端，收到带有源地址和Bundle的数据包后，先判断是Bundle_Info还是BundlcGuar，若是Bundle_Guar包，说明数据包已经成功被接收，则删除对应的Bundle缓存包,并停止对应的计数器；若是Bundle_Info包，则回复Bundle_Guar消息,表明本结点已收到数据包。

5.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，基于接触概率的发散等候水声网络协议：水下结点的历史运动轨迹具有规律性,本申请通过二维接触频率计算矩阵反应结点的历史运动轨迹，相比静态路由表,接触频率计算矩阵不仅包含自身的历史接触信息，也能获取相邻结点的历史接触信息，更全面的描述结点当前的拓扑结构，利用二维接触频率计算矩阵分析结点之间的相对直接接触概率和相对间接接触概率,解决当前结点与目标结点接触概率低的路由难题；

定义接触概率的大小为pa，接触概率由两个参数来共同确定，一个是相对直接接触概率,即本结点相对于网络中其它结点以单跳方式到达目标结点的概率Pd，另一个是相对间接接触概率，即本结点相对于网络中其它结点以两跳的方式到达目标结点的概率pm，pd和pm计算需要每个结点维护一张二维的接触频率计算矩阵，进而得到接触概率pa的大小，选择合适的中继结点。

6.根据权利要求5所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，接触频率计算矩阵的构建与更新：接触频率计算矩阵由n+1行n列组成,其中第一行表示的是与结点A接触的结点的ID,其内容为接触频率，先不看第一行的数据，矩阵中的每一列表示结点A能够得到的网络中其它结点接触情况，与Mi,j结点接触的结点有M2,j,…,Mn+1,j其内容为接触频率；

为得到最新的结点接触信息，结点间有接触时就必须对其接触频率计算矩阵进行更新，更新过程如下：假设结点A与结点B接触，A和B的接触频率计算矩阵的第一行对应ID下自增1，结点A的接触频率计算矩阵中对应于结点B的那一列数据会被结点B的接触频率计算矩阵的第一行替换，同样的结点B的接触频率计算矩阵中对应于结点A的那一列数据会被结点A的接触频率计算矩阵的第一行替换。

7.根据权利要求5所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，接触概率的分步计算：接触概率由两部分组成，第一部分pd表示本结点与目标结点相对直接接触的概率，第二部分pm表示本结点与目标结点相对间接接触的概率，其计算式为：其中，M1,d表示本结点与目标结点的直接接触频率,直接接触频率占总接触频率的比例就是本结点与目标结点的相对直接接触概率pd，M1,a表示本结点与中继结点a的接触频率，M1,a比上总的接触频率得到本结点到中继结点a的相对直接接触概率，Md+1,a表示中继结点a与目标结点的接触频率，Md+1,a比上中继结点a的总接触次得到中继结点a到目标结点的相对直接接触概率，最后将所有通过两跳的方式到达目标结点的相对间接接触概率相加得到本结点到目标结点的相对间接接触概率Pm；

结合式2和式3得到接触概率pa的计算式为：

pa＝k1×pd+k2×pm               式9

其中k1+k2＝1，k1为相对直接接触概率的权重因子，k2为相对间接接触概率的权重因子，通过调节权重因子确定接触概率的偏重。

8.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，水声路由方法及过程：基于接触概率的发散等候协议是通过比较接触概率值的大小动态选择中继结点，其中结点自身需要维护一张二维接触频率计算矩阵用于计算接触概率,接触概率反映当前结点相对于网络中的其它结点以单跳和两跳方式到达信宿的相对概率，结点间如果发生接触事件，两结点的接触频率计算矩阵得到相应的更新并计算各自的接触概率,根据接触概率的大小选择是否转发报文；

CDK‑SQ路由过程：结点先对本地bundle报文进行复制并探测附近的结点，如果发现信宿则将副本直接交付,如果发现中继结点则交换并更新各自的接触频率计算矩阵，根据接触概率选择性转发副本，当副本数量为1的结点与不包含该报文副本的结点接触时,结点同样执行基于接触概率的动态转发策略，报文副本的生存期相对有限，如果报文副本缓存时间超过其生存期则丢弃该副本。

9.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，CDK‑SQ‑TG协议的主动反馈模式：当目标地点收到报文时，目标结点就以广播的方式通知附近的结点删除本地缓存的对应报文的副本，同时,附近的结点会以同样的方式广播通知通信能力范围内的结点删除冗余副本；

具体为：S将报文副本转发给M1、M2和M3，此时3个中继结点都包含了报文的副本，而后M3与M4接触，M3顺利将副本转发给M4，M4与D接触并将报文副本成功交付给D,D收到报文副本后立即以广播的形式通知附近的结点销毁对应的本地冗余副本，M4收到广播信息后删除对应的本地冗余副本并将广播消息进行转发，M1、M2和M3收到M4发来的广播信息后删除对应的本地冗余副本，最后点S收到M2的广播消息并删除了对应的本地冗余副本。

10.根据权利要求1所述低能耗高吞吐水声容断容迟通讯网络协议栈，其特征在于，CDK‑SQ‑TG协议的删除策略：当结点进入拥塞状态时,删除本地缓存的报文，设置标准去选择性删除本地缓存的报文；

RHC表示一个报文的生命周期，即事先已经定义好的一个报文最多被转发的次数，RHC的值越小，报文在网络中存在的时间就越长,RHC评估报文在网络中的滞留时间，CDK‑SQ路由协议中，结点转发策略的参照量接触概率作为报文成功交付的评估因素，CDK‑SQ‑TG算法结合RHC参数和接触概率来定义报文的价值Vm；

其中，pa表示接触概率，RHC表示剩余的生命周期，RHCmax表示生命周期的上限，α∈(0,

1)，根据具体的网络环境选择α的值，当α的值大于0.5时，说明在选择删除本地报文时更看重报文的接触概率,相反则更看重报文的剩余生命周期，V用于评估报文的价值，当Vm越小，说明该报文的价值越小，即该报文到达目标结点的可能性就越小以及其剩余的生命周期也越短，当结点进入拥塞状态时，不但可以立马解除拥塞状态,而且可以为后续转发来的报文提供额外的存储空间，从而提高网络的投递率；

当结点收到一份报文且剩余内存空间小于最大报文的Size时，会对本地报文按价值Vm进行排序，序列尾部的报文为价值最低的报文，删除尾部报文，如果剩余空间还不足最大报文Size则继续删除尾部报文直至剩余空间足够存放最大报文。