[發明專利]一種適用于AUV的UWSNs介質訪問控制方法

在審

• 申請號: 202210955658.2
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115361744A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 李云
• 申請（專利權）人: 廣西財經學院
• 主分類號: H04W72/12
• 分類號: H04W72/12;H04W74/08;H04W84/18;H04B13/02
• 代理公司: 廣西咕咕狗專利代理事務所(普通合伙) 45137
• 代理人: 朱志寬

本發明屬于網絡通信技術領域，具體涉及一種適用于AUV的UWSNs介質訪問控制方法，包括：Step1、使用UW?REQ、UW?REP以及UW?ACK廣播幀控制請求信道的節點使用信道；Step2、將占用信道的節點數據優先級建模為有限狀態離散時間馬爾可夫鏈，構建多種類型的數據幀，對不同優先級幀競爭信道進行優先級處理。本發明可以在數據傳輸過程中使得能耗低、碰撞少的同時，將高優先級的數據先發送，具有較好的市場應用前景。

技術領域

本發明屬于網絡通信技術領域，具體涉及一種適用于AUV的UWSNs介質訪問控制方法。

背景技術

地球表面百分之七十以上被藍色的海洋所覆蓋，更應該稱為“水球”。中國是陸地大國，同時也是一個海洋大國，海洋面積居世界前列。一方面，我國的海上石油、天然氣資源，潮汐能/風能資源，漁業資源等海洋資源豐富；另一方面，海洋安全是國家安全的重要組成部分與重要保證。因此，有效地開發和保護海洋資源、維護海洋安全具有很高的經濟價值和戰略意義。

在眾多新興的海洋科技領域中，水下傳感器網絡因近年來在水體污染監控、水下資源勘探、海洋地理氣象數據收集、地震/海嘯災難預防、國防安全領域等方面的應用受到日益廣泛的關注。例如，在海洋地理數據收集方面，水下無線傳感器網絡(UnderwaterWireless Sensor Networks，簡稱為UWSNs)利用水面、水下布放的傳感器，協作采集三維海洋地理數據。因此，該技術對沿海地區水文氣象數據采集，災害災難預報方面有著重要意義。

自治式水下航行器(簡稱為AUV)是目前水下移動組網觀測比較成熟的幾類平臺。其中，AUV具有活動范圍大、無臍帶糾纏、不需要龐大水面支持系統、運行和維修費用低等優點，是一種理想的測量儀器平臺，逐步成為海洋觀察和探測的重要手段。基于AUV的水下移動無線傳感器網絡擴大了傳統水下傳感器網絡對環境的監控范圍，提高了網絡對海洋物理現象的跟蹤和探測能力。

MAC協議處于UWSNs的數據鏈路層部分，主要負責完成將節點接入到信道之中。并為其分配信道資源，保證數據的可靠傳輸工作，其性能優劣對UWSNs的影響巨大。由于在不同環境中的應用需求各不相同，MAC協議設計的方向也不同。

在UWSNs中應著重使用碰撞率低、能耗少、誤碼率低等MAC協議。現如今根據信道的占用方式，MAC協議主要可以分為三類——基于固定分配式的MAC協議、基于競爭式的MAC協議、混合式的MAC協議。基于固定分配式的MAC協議即通過某些規則預先把信道分配給有數據傳輸需要的節點使用，避免了因為節點間進行信道競爭而造成的數據傳輸失敗，提高了數據傳輸效率。典型的固定分配式MAC協議有時分多址訪問協議(TDMA)、頻分多址訪問協議(FDMA)、碼分多址訪問協議(CDMA)。基于競爭式的MAC協議是節點通過競爭來動態地獲得在信道中進行數據傳輸的能力，若檢測到數據沖突則先退避一段時間之后再次對信道進行競爭，這種方法能夠很好地處理突發數據、適應網絡拓撲地變化，且不需要時間保持同步。但當節點承擔地傳輸任務較重時，會難以避免數據碰撞，導致數據傳輸失敗。典型的競爭式MAC協議有隨機競爭(Aloha)協議、載波監聽多址(CSMA)協議、時隙Aloha(Slotted-Aloha)協議、沖突避免Aloha(Aloha-CA)協議、基于時隙的CSMA(Slotted-CSMA)協議、沖突避免多址接入(MACA)協議、基于數據流多址接入(FAMA)協議、時隙FAMA協議等。混合式MAC協議主要有UPMAC協議，該協議通過對網絡負載進行領活調控來適應不同的網絡情況，在網絡負載較低時使用夾帶(Piggyback)技術來減少控制包的使用，縮短了網絡的往返延遲，SD-TDMA協議將信道劃分為一個個超幀，通過預約信道動態地調整超幀的長度，并且通過在數據組發送結束后統一發送ACK幀縮短了數據傳輸周期，提高了信道利用率。