[发明专利]一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于水声网络领域。本发明设计了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，该方法针对水声信道传播损失随距离增加而平方增大和信道起伏的特点，使用多个不同发射功率的RTS和CTS，来确定数据包的有效发射功率。本发明主要应用于水声网络领域，具体本发明提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统。

背景技术

海洋面积占地球面积的70%以上，水声网络是有效的海洋探测手段，它在海洋测量、资源勘探、灾害预报以及军事等方面具有广阔的应用前景。由于水声网络一般肩负着较长时间的海洋监测任务，因此需要达到能量的有效使用，减少能量的浪费。由于水声信号随距离增加而迅速衰减，因此不同距离上的节点间通信应该采用不同的发射功率以尽可能的节约能量，而当前的水声网络协议设计中，一般节点的发射功率都设置为最大发射功率，这就大大增加了能量的消耗。

目前的研究中，多采用接收信号的信噪比估计来决定发射功率，这种方法利用了信道的对称性，但是依赖于物理层功能，而且不能很好的把发射功率和数据实际接收情况关联起来。

在MACAW协议中，每次数据通信之前都要进行一次RTS/CTS交互，与无线网络不同，由于水声传播速度很慢，当距离尺度较大时，决定通信效率的主要因素是节点间的距离，而受RTS、CTS的时间长度影响较小，因此我们可以采用多个RTS和多个CTS来探测信道的衰减情况，找出最接近信道情况的最小发射功率，然后以最小发射功率来发射数据包，这样虽然RTS、CTS的能量消耗增加，但是由于RTS、CTS的长度一般远远小于DATA的长度，因此能减少总体的能量消耗，延长了节点的生存时间。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明针对水声信道衰减快、起伏严重的特点，设计了一种自适应功率控制方法，即本发明提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，该方法基于MACAW协议，其特征在于，所述方法包含：

步骤101）源节点和目的节点之间采用多个RTS和多个CTS来探测信道的衰减情况，找出最接近信道情况的最小发射功率；

步骤102）然后源节点以最小发射功率向目的节点发射数据包。

上述技术方案中，所述步骤101）进一步包含如下子步骤：

假设RTS、CTS和ACK信号的持续时间均为T_ctrl，DATA信号的持续时间为T_data：其中，上述各信号的持续时间值由实际采用的信号的比特长度和信号的通信速率决定，而信号的比特长度和信号的通信速率是预置的。

步骤101-1）源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，所述RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，其中每个RTS的功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n    (1)

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

步骤101-2）目的节点接收RTS探测序列，并记录其正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，所述CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，其中每个CTS的功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m    (2)

其中，P_cts(i,N)表示CTS探测序列中第i个CTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

步骤101-3）源节点接收CTS序列，并记录其正确接收到的第一个CTS的功率级别P_cts(M)，源节点以该功率向目的节点发送数据帧。

上述技术方案中，所述步骤101-3）之后还包含：

目的节点接收到DATA帧后，以最大功率P_max向源节点发送ACK帧。