[发明专利]水声通信网络OFDM链路物理层与MAC层跨层通信方法

权利要求书

1.一种水声通信网络OFDM链路物理层与MAC层跨层通信方法，其特征是：

步骤1：网络节点采用虚拟载波侦听的方式检测信道是否忙碌，通过侦听数据帧代替RTS/CTS握手过程避免碰撞，如果节点检测到数据帧，判断本节点是否是目的节点，如果本节点非目的节点，则根据数据帧帧头中的所传数据帧占用信道时间设置该节点的网络分配矢量即NAV，保持静默避免冲突，信道空闲后，节点随机退避；

步骤2：如果目的节点成功解调数据帧，则目的节点回复ACK信号，同时物理层估计信道信息有效信噪比即ESNR，并将ESNR通过ACK信号反馈给发送节点；

步骤3：如果目的节点解调数据帧失败，并且检测到解调失败是由冲突引起的，此时目的节点广播NACK控制帧，定义此时的NACK为类型I，记为NACK1；

步骤4：如果目的节点解调数据帧失败，并且检测到解调失败是由信道环境恶劣引起的，此时目的节点广播NACK控制帧，定义此时的NACK为类型II，记为NACK2，NACK2中包含重传数据帧所占用信道时间T_busy和信道信息导频信噪比即PSNR；

步骤5：如果目的节点检测数据帧失败，则目的节点不作任何反应，对于发送节点来说，ACK等待超时；

步骤6：如果发送节点接收到ACK信号，表示上一个数据帧成功发送，则节点进行随机退避，并准备发送下一个数据帧，下一帧数据调制参数由反馈的ESNR决定；

步骤7：如果发送节点接收到NACK1信号或者ACK等待超时，此时发送节点进行随机退避，退避时间结束后，发送节点以与前一帧相同的调制参数重复发送该数据帧，当重传次数大于所设置的最大重传次数时，丢弃该数据帧；

步骤8：如果发送节点接收到NACK2信号，则该发送节点根据反馈的PSNR进行降速率对数据帧立刻重传，其他子节点侦听到NACK2后，根据NACK2中的T_busy设置NAV向量，保持静默避免冲突；

所述网络节点采用虚拟载波侦听的方式检测信道是否忙碌具体包括：首先设计一种物理层协议数据单元即PPDU帧结构，PPDU包括前导码、帧头和有效载荷三部分，其中帧头包括了当前数据帧成功传输所占用的信道时间，表示为

T_busy＝T_data+T_ACK+2T_delay+T_process

其中，T_data表示数据帧长度、T_ACK表示ACK帧长度、T_delay表示源节点和目的节点之间的传播时延，T_process表示信号处理所占用的时间，当其他节点检测到该数据帧并成功解调帧头获得该时间信息后，节点设置NAV向量并保持沉默，避免碰撞，其中传播时延在网络初始化时通过节点之间互相传递短消息的方式测量获得，并在每次成功传输数据帧后对时延值进行更新；

如果目的节点成功解调数据帧，则目的节点回复ACK信号具体包括：当目的节点成功解调数据帧后，估计信道计算有效信噪比ESNR，ESNR计算方法如下：

其中，s[k]为频域第k个载波发送的数据，z[k]为频域第k个子载波接收的数据，为第k个载波估计的信道频率响应，S_D表示数据载波的位置索引的集合，由于数据已经成功解调，所以此时s[k]是已知的，ESNR采用均衡后的数据代替导频描述接收信号强度，噪声项中包含了环境噪声、信道估计误差和多普勒补偿残余误差引起的载波间干扰，ESNR用于评估信道状态，当数据解调成功后，将ESNR通过ACK信号反馈给源节点，为下一个数据帧调制参数的选择提供依据；如果目的节点解调数据帧失败，并且检测到解调失败是由冲突引起的，此时目的节点广播NACK1控制帧，具体包括：目的节点根据数据帧解调失败原因，反馈不同的控制信息，当解调失败由冲突引起的，此时为了避免下次各个节点重发再次引起冲突，目的节点广播一个NACK1控制帧告知所有节点，表明上一帧数据发生了冲突。