[發明專利]一種水聲網絡通信中基于UW-CSMA/CA的多址接入方法

有效

• 申請號: 201310340872.8
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN104348562A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 劉磊;李宇;張春華;黃海寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L12/28;H04L29/06
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;王敬波

技術領域

本發明涉及水聲網絡通信領域，特別涉及一種水聲網絡通信中基于UW-CSMA/CA的多址接入方法。

背景技術

海洋占據了地球面積的三分之二以上，對海洋的觀測和開發越來越受到各國的重視，同時，水聲網絡成為了世界范圍內的研究熱點。數據鏈路層協議是水聲網研究的重要內容。與無線信道相比，水聲信道帶寬受限、傳播時延大，這對水聲網絡MAC協議的設計提出了極大的挑戰。

依據協議的信道獲取方式，MAC協議分為基于調度的MAC協議和基于競爭的MAC協議。由于水聲信道的可用頻帶很窄，使得基于調度的FDMA難以使用。基于調度的TDMA需要各節點時鐘精確同步和保護間隔，這在高傳播延遲、隨機時空頻變的水聲網絡中有很大的困難。基于調度的CDMA因其計算復雜度較高而應用較少。因此，基于競爭的MAC協議比較適合水聲網絡。基于競爭的MAC協議又可以分為基于ALOHA的MAC協議和基于握手的MAC協議。本申請主要研究多跳水聲網絡中基于握手的MAC協議。

基于握手的MAC協議通過RTS/CTS握手來預約信道，解決隱藏終端和暴露終端問題。在參考文獻1《Affan?A.Syed,Wei?Ye,Jobn?Heidemann.T-Lohi:A?New?Class?of?MAC?Protocols?For?Underwater?Acoustic?Sensor?Networks[C].The27th?Conference?on?Computer?Communications,Phoenix,2008:231-235》所披露的T-Lohi協議中，使用短的喚醒信號預約信道來防止數據包的碰撞，對于分布式、短距離、密集型網絡，T-Lohi能提供吞吐量穩定、能量利用率高的網絡服務。在參考文獻2《X.Guo,M.R.Frater,and?M.J.Ryan.Design?of?a?Propagation-Delay-Tolerant?MAC?Protocol?for?Underwater?Acoustic?Sensor?Networks[J].Oceanic?Engineering,2009,34(2):170-180》中，通過規定CTS的回復時間來減小水聲信道高傳播延時的影響，從而提高網絡的吞吐量。在參考文獻3《Nitthita?Chirdchoo,Wee-Seng?Soh,and?Kee?Chaing?Chua.RIPT:A?Receiver-initiated?Reservation-based?Protocol?for?Underwater?Acoustic?Networks[J].Selected?Areas?in?Communications,2008,26(9):1744-1753》中提出一種通過接收端來初始化通信過程的隨機接入MAC協議，使它的所有鄰節點以數據包隊列的方式把待發送的數據包發送給接收端。在參考文獻4《Dong?Fang,Yu?Li,Haining?Huang,Li?Yin.A?CSMA/CA-based?MAC?Protocol?for?Underwater?Acoustic?Networks[C].6th?International?Conference?on?Wireless?Communications,Networking?and?Mobile?Computing,Chengdu,2010:1-4》中設計一種適用于水聲網絡的MAC協議，將其命名為UW-CSMA/CA協議，基于該協議的多址接入方法采用堅持等待的策略，減少退避次數，從而提高網絡的吞吐量。

在UW-CSMA/CA協議中，將RTS、CTS、DATA、ACK的持續時間分別標記為T_RTS、T_CTS、T_DATA、T_ACK，將最大傳播延遲標記為τ_max。基于UW-CSMA/CA協議，水聲網絡中的節點可能處于六種狀態：IDLE、CTD、WFCTS、WFDATA、WFACK和QUIET。