[發(fā)明專利]一種基于ALOHA協(xié)議的水聲通信網(wǎng)絡(luò)功率控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210230381.3
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN103475427A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉旬;劉磊;李宇;張春華;黃海寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04W52/24
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水聲網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，本發(fā)明設(shè)計了一種基于ALOHA協(xié)議的水聲通信網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)功率控制方法，該方法針對水聲信道傳播損失隨距離增加而平方增大的特點，使用距離信息進行信道衰減估計，同時針對信道起伏問題，提出了一種自適應(yīng)反饋的增量調(diào)整方法以提高一次發(fā)射成功的概率，即本發(fā)明提供了一種基于ALOHA協(xié)議的水聲通信網(wǎng)絡(luò)功率控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著人類科學(xué)技術(shù)水平的進步，對資源和能源的巨大渴求使得人類開發(fā)海洋的愿望越來越強烈。海洋占據(jù)了地球71%的面積，蘊含著巨大的資源。從傳統(tǒng)的魚類產(chǎn)品，到現(xiàn)代化的海底石油、天然氣開采，潮汐能發(fā)電，海洋監(jiān)測等，海洋對人類社會的影響越來越大。因此，世界各國都十分重視海洋技術(shù)的發(fā)展。

水聲網(wǎng)絡(luò)是一門結(jié)合了水聲信號處理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等的新興研究領(lǐng)域。由于水聲網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、實時收集等特點，因此在海洋監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報等方面有廣泛的應(yīng)用前景，受到美國等發(fā)達國家的重視。

水聲網(wǎng)絡(luò)一般需要承擔(dān)長期的海洋監(jiān)測任務(wù)，而由于海洋環(huán)境的惡劣，水聲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般無法進行能量補充，因此，能量節(jié)省是水聲網(wǎng)絡(luò)研究的一項重要課題。在水聲網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議的研究中，能量節(jié)省的研究可以分為兩個方面：休眠機制和功率控制技術(shù)。目前的研究中，功率控制多利用接收信號的信噪比來估計發(fā)射功率，這種方法需要在每次數(shù)據(jù)傳輸前進行RTS/CTS握手，因此需要MAC層采用基于握手的MAC協(xié)議如MACA、MACAW等。但是對于水聲網(wǎng)絡(luò)，由于傳播延遲較高，因此采用基于RTS/CTS握手的協(xié)議會導(dǎo)致協(xié)議效率大大降低，對于負載較輕的情況，采用非握手的ALOHA協(xié)議能更好的節(jié)省能量和提高效率。因此，設(shè)計適用于非握手情況下的功率控制方法是必要的。

水聲網(wǎng)絡(luò)的大部分應(yīng)用與位置相關(guān)，而且大部分節(jié)點一般是靜態(tài)節(jié)點，即節(jié)點間的距離相對固定，而水聲傳播損失主要與距離有關(guān)，因此，可以通過節(jié)點間距離估計傳播損失。同時，水聲信道存在起伏，因此僅僅使用距離進行傳播損失估計不能很好的適應(yīng)信道變化情況，為此，設(shè)計了一種自適應(yīng)反饋的功率增量調(diào)節(jié)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有水聲通信節(jié)點采用RTS/CTS握手協(xié)議帶來的技術(shù)缺陷，提供了一種一種基于ALOHA協(xié)議的水聲通信網(wǎng)絡(luò)功率控制方法及系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于ALOHA協(xié)議的水聲通信網(wǎng)絡(luò)功率控制方法，該方法為采用ALOHA協(xié)議進行水聲通信的節(jié)點之間提供一種功率控制方法，所述功率控制方法包含：

步驟101）用于獲取水下的源節(jié)點和目的節(jié)點之間的距離r的步驟；

步驟102）用于依據(jù)節(jié)點之間的距離r計算傳播損失的步驟；

步驟103）用于依據(jù)獲取的傳播損失計算源節(jié)點的發(fā)射功率估計值的步驟；

步驟104）用于源節(jié)點采用所述的發(fā)射功率估計值向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的步驟。

優(yōu)化的，當源節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道發(fā)生起伏時，所述發(fā)射功率估計值還采用增量進行調(diào)節(jié)，進而獲得最終的發(fā)射功率值，此時所述步驟104）源節(jié)點采用該最終的發(fā)射功率值向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

上述技術(shù)方案中，所述增量能夠為某一預(yù)先設(shè)定的固定增量、基于統(tǒng)計特性的最優(yōu)增量或自適應(yīng)反饋增量三種策略之一獲取的增量；

其中，

當采用某一預(yù)先設(shè)定的固定增量時，還包含比較判決的步驟，即將發(fā)射功率估計值與該固定增量求和后的功率值與最大的發(fā)射聲源級進行比較，選擇兩個中較小的一個作為最終的發(fā)射功率值；

當采用基于統(tǒng)計特性的最優(yōu)增量時，依據(jù)水聲信道起伏情況的對數(shù)上的正態(tài)分布模型進行分析，進而獲取最優(yōu)的增量值，且該最優(yōu)增量為位于最大增量和零之間的一個增量值；

當采用自適應(yīng)反饋增量策略獲取增量時，基于目的節(jié)點在某一窗口時間內(nèi)成功接收數(shù)據(jù)的概率值，動態(tài)調(diào)整疊加在發(fā)射功率值上的增量值。

上述技術(shù)方案中，所述最優(yōu)增量具體采用如下方法獲取：

當通信距離為r，起伏的信道的傳播模型為：

TL(r,x)=βlgr+αr+x

則距離為r、頻率為f的發(fā)射聲源級應(yīng)為x的函數(shù)：

SL_r(x)=βlgr+αr+NL+DT+x

其中x起伏符合N(μ，σ)的正態(tài)分布，則其概率密度為：