[發(fā)明專利]水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611097871.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN106604322B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉妹琴;黃煒坤;張森林;錢良芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/04
• 分類號(hào): H04W28/04;H04W28/06;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 鄭海峰<國際申請(qǐng)>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道介質(zhì)訪問控制協(xié)議。節(jié)點(diǎn)周期性工作在喚醒/睡眠狀態(tài)，每個(gè)工作周期劃分為信道協(xié)商期，預(yù)約請(qǐng)求收集期和睡眠期；協(xié)議通過對(duì)控制報(bào)文的發(fā)送進(jìn)行調(diào)度使得節(jié)點(diǎn)在信道協(xié)商期與預(yù)約請(qǐng)求收集期完成控制報(bào)文的交換，同時(shí)保證在信道協(xié)商期，節(jié)點(diǎn)能夠獲得相鄰節(jié)點(diǎn)的信道使用信息，有效緩解了水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道介質(zhì)訪問控制協(xié)議的“隱藏終端”問題帶來數(shù)據(jù)沖突問題，節(jié)省了能量。而且該協(xié)議采用了周期性睡眠/喚醒機(jī)制，大大減少了信道在空閑時(shí)用于偵聽而浪費(fèi)的能量，這一措施也進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種新型的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。

背景技術(shù)

水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著廣闊的應(yīng)用，如：海洋數(shù)據(jù)搜集，污染控制等，所以近年來水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議成為了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。其中水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議，決定著信道資源分配，直接影響著網(wǎng)絡(luò)整體性能。

在陸地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)中，通常使用光波與無線電波作為載波來傳輸信息。但在水下環(huán)境中，無線電波存在很大的衰減，光波會(huì)受到散射的影響，所以不適合采用以上兩者作為水下信息傳輸?shù)妮d波。相比較之下，聲波在水中的衰減速度慢，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸信息，所以水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以聲波為載波來傳輸信息。

然而水下環(huán)境與陸地環(huán)境有顯著的差異：水聲通信有較長的傳播時(shí)延，水聲信號(hào)的傳播速度比電磁波的傳播速度低了5個(gè)數(shù)量級(jí)；可用帶寬窄，對(duì)于較長的傳播距離，可用帶寬只有幾百赫茲；多徑傳輸嚴(yán)重等。

盡管存在許多陸地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，但是由于水聲環(huán)境的特性，使得現(xiàn)有的陸地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議并不適用于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)前有許多水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議被提出，其中水下多信道介質(zhì)訪問控制協(xié)議引起了研究學(xué)者的關(guān)注，該類協(xié)議將信道分為若干個(gè)子信道，通過節(jié)點(diǎn)間的控制報(bào)文的交換，完成信道協(xié)商，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而可以使得更多的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行傳輸，極大提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

為了節(jié)約成本，水下無線傳感器大多只有一個(gè)收發(fā)器。而將多信道協(xié)議應(yīng)用在單收發(fā)器的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，在一段時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)只能切換到某一信道進(jìn)行信息交換，當(dāng)節(jié)點(diǎn)切換到相應(yīng)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)接收時(shí)，節(jié)點(diǎn)就有可能錯(cuò)過其相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信道協(xié)商信息，這可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)隨后利用與相鄰節(jié)點(diǎn)相同的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，增加了傳感器的能量開銷，這一問題被稱為多信道水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議的“隱藏終端”問題。而水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通常是由電池供電的，在惡劣的水下環(huán)境中難以更換電池，所以為了緩解多信道協(xié)議的“隱藏終端”問題帶來的能量消耗，設(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)能的多信道水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問協(xié)議存在的“隱藏終端”問題，本發(fā)明提出了一種基于預(yù)約的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道介質(zhì)訪問控制協(xié)議，該協(xié)議將信道分為若干個(gè)子信道，其中一個(gè)為控制信道，即利用該信道進(jìn)行控制報(bào)文的交換，其它均為數(shù)據(jù)信道，用這些數(shù)據(jù)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換；該協(xié)議周期性工作在喚醒/睡眠主狀態(tài)，將每個(gè)工作周期劃分為信道協(xié)商期，預(yù)約請(qǐng)求收集期，睡眠期三個(gè)時(shí)期，并對(duì)控制報(bào)文和數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行調(diào)度，保證來自相鄰節(jié)點(diǎn)的信道協(xié)商信息能夠在每個(gè)工作周期的信道協(xié)商期內(nèi)接收到，從而能夠有效緩解“隱藏終端”問題帶來不利影響，減少能量開銷。