[发明专利]适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法

权利要求书

1.一种适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法，用于水底存在多个待发送数据包的传感器节点和一个汇聚节点构成星形汇聚网络拓扑结构，其特征在于，所述MAC方法包括：

S1、传感器节点随机访问信道；

S2、在信道空闲时所述汇聚节点测量出背景噪声，然后根据水底全部传感器节点的个数以及初始发射功率，利用分布式基于信干噪比平衡的功率控制算法，并采用迭代方法计算出传感器节点的最优接收功率；

其中，在信道空闲时所述汇聚节点测量出背景噪声具体为：

仿真时假设信道引入均值为0，方差为σ²的高斯白噪声，然后根据水底全部传感器节点的个数以及初始发送功率，利用分布式基于信干噪比平衡的功率控制算法，并采用迭代方法计算出传感器节点的最优接收功率，计算公式如下：

其中，P_i(m)表示传感器节点i经过m步迭代后所得的功率值，S_tar是目标信干噪比，S_i(m)是经过m步迭代后实际的信干噪比；

所述步骤S2中迭代方法的实现流程如下：

S21、传感器节点的初始发射功率矢量其中P_i∈[P_min,P_max]是传感器节点i可以选择的功率空间，传感器节点i在最小最大可选功率之间随机选取一个作为初始发射功率；

S22、利用Urick路径损耗公式计算各个传感器节点的初始接收功率，即迭代功率的初始值记初始迭代功率矢量为

S23、利用迭代公式，计算进一步迭代后各个传感器节点所得到的功率；

S24、如果对所有的i，P_i(m+1)＝P_i(m)，则迭代结束，否则重复步骤S23；

S3、所述汇聚节点根据各个传感器节点距离所述汇聚节点的距离，通过Urick路径损耗公式计算各传感器节点的最优发送功率；

其中，所述Urick路径损耗公式为：

TL(d,f)＝χ·log(d)+α(f)·d+A

α(f)＝5f^1.4×10^-5

其中，TL(d,f)表示传播损失，d是发送节点距离接收端的距离，f是带宽中心频率，χ是几何传播系数，随水深变化，α(f)是介质吸收系数，A表示传输异常；

所述传感器节点的最优发送功率为：

P_i^s＝TL(d_i,f)·P_i^r

其中，P_i^r是计算出的传感器节点i的最优接收功率，TL(d_i,f)是传感器节点i的宽带传播损失；

S4、所述汇聚节点将各个传感器节点最优发送功率的信息以广播的形式告知各个传感器节点，各个传感器节点设置最优发送功率，在发送数据包前未能收到最优发送功率信号的传感器节点以原有初始功率发送数据包。

2.根据权利要求1所述的适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法，其特征在于，

所述步骤S2中仿真时汇聚节点通过将接收信号的信干噪比与目标信干噪比比较来判断是否数据包能够被成功接收，所述接收信号的信干噪比的计算公式如下：

其中，P_aim表示目标信号的接收功率，σ²是噪声方差，G为扩频增益，I为总干扰功率，即所有干扰信号的干扰功率求和，P_j为某一干扰信号的功率，L_overlap为该干扰信号与目标信号的重叠部分所占时隙数，L_j为该干扰信号所占时隙数，若接收信号的信干噪比大于目标信干噪比，则数据包被成功接收，反之，则接收失败。

3.根据权利要求1所述的适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法，其特征在于，

所述步骤S4中每个传感器节点发送数据包前均用基于发送器的直接序列扩频方式扩频，且都采用无重传的ALOHA协议发送数据包。

4.根据权利要求1所述的适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法，其特征在于，

所述P_min取值5w，所述P_max取值10w。