[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

说明书

本发明公开了一种适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法，即将CDMA与无重传的ALOHA协议结合，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各个传感器节点的最优发射功率，从而控制发射端的发射功率，克服“远近效应”的方法。同时，本发明改进了接收端信号信干噪比的计算方法，以得到更精确的仿真结果。本发明可以允许接收端同时接收多个由不同传感器节点发送的数据包，并通过控制发送功率克服“远近效应”，使得信道资源能够被充分利用，特别是在传感器节点较多、业务量较大的场景下，相对其它协议具有更高的网络吞吐量以及更高的发送成功率。

技术领域

本发明涉及水声传感器网络领域，具体涉及一种适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法。

背景技术

海洋蕴藏着极其丰富的油气、矿产和生物资源，同时也是全球运输的主要通道，近一个多世纪以来，各个国家都逐渐加大了对海洋研究的力度。随着人类开发海洋的步伐逐渐加快，水声传感器网络的应用也变得日益广泛，在环境监测、预警系统、分布式战术监视和侦察、辅助导航、海上勘探、海洋数据采样和宝贵的水下矿物勘探等方面发挥着重大作用。但由于水声信道是一个极其复杂的随机时-空-频变信道，因此，在复杂的水声信道中实现通信，要面对信道通带窄、多途干扰强、传播时延长、信号衰减大以及多普勒频移等主要问题。所以，构建一个抗干扰能力强、保密性好、高吞吐量和低时延的水声传感器网络协议很有必要。

CDMA对频率选择性衰落有较强的稳定性、能有效克服多径干扰、允许接收器区分由多个发射器同时传输的信号。所以，对于水声传感器网络，码分多址(CDMA)是最有前途的物理层和多址接入技术。将CDMA与竞争类协议结合，形成一种改进型的MAC方法，可以有效提高网络吞吐量、降低信道时延。例如，在文献《H.X.Tan and W.K.G.Seah,”Distributedcdma-based mac protocol for underwater sensor networks”,LCN,pp.26-36,2007》中所提出的PLAN协议，它是将CDMA与MACA协议结合，在变化的通信负载和节点数量下，实现了良好的吞吐量性能。

又如文献《D.Pompili,T.Melodia,and I.F.Akyildiz,”A CDMA-Based MediumAccess Control for Underwater Acoustic Sensor Networks”to appear,IEEETrans.Wireless Commun》中提出的UW-MAC方法，将CDMA与可重传的ALOHA协议结合，在深水区通信中实现了高网络吞吐量、低时延以及低能量损耗等优良特性。

在无线通信系统中，传输信号的强度随着传输距离变大而成指数衰减，假定不同的发送端具有相同的发送功率，则接收端收到来自距离它较近的用户的信号比来自较远处用户的信号要强。这种情况下，远处用户的信号会被近处用户的信号淹没而不能被接收端正确解调，这种现象称为“远近效应”。在水声传感器网络，随着传感器节点数量的增加，CDMA伴随的“远近效应”会严重降低通信质量。为了克服这种“远近效应”，有必要对传感器节点发送功率水平进行控制。

综上所述，对于水声传感器网络，有必要考虑一种基于CDMA的分布式功率控制的MAC方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种适用于水声传感器网络的基于CDMA功率控制的MAC方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

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，所述MAC方法包括：

S1、传感器节点随机访问信道；