[发明专利]一种水声网络MAC接入方法

说明书

本发明涉及一种水声网络MAC接入方法，包括：源节点有数据包需要发送时，以最大功率全向发送预约请求控制包RTS，源节点辐射范围内的所有节点收到RTS后，计算自身相对于源节点的信噪比，同时计算源节点相对于自身的方位角和仰角；收到第一个RTS后，目的节点等待时长W，选取δ值最大的节点作为通信节点，并全向广播预约确认数据包CTS；收到CTS的节点计算目的节点相对于自身的方位和信噪比后，建立信道状态矩阵H和邻居节点方位矩阵L；中继选择区域内的节点通过RTS和CTS得知某一源节点发出请求但未被目的节点同意后，计算自身相对于该源节点和目的节点信噪比的平均值，大于某一门限值时，该节点担任中继节点。

技术领域

本发明涉及水下传感器网络中MAC协议设计方法。

背景技术

近年来，水下声学传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks,UASNs)成为新的研究热点之一。UASNs的应用推进了对海洋环境的研究，对经济、科研、军事等领域都具有重大意义。然而，目前海水中只能使用传播速度较慢的声波进行有效通信，所以水声通信具有长时延、低带宽的特性。由于长时延的存在，距离目的节点较远的节点发送的数据包总是较晚到达，若此时已有其他数据包到达目的节点，目的节点会推迟转发较晚到达的数据包，甚至不转发。这一特性严重降低了水声通信的公平性。此外，由于洋流、温度等原因，水下环境复杂多变。距离较远的两节点在通信的过程中，可能会由于信道环境突变而造成丢包，这使得水声通信成功率较低，即可靠性较低。所以，如何提高通信的可靠性，同时又能保证公平性成为亟待解决的问题。

已有的水声通信MAC接入方法中，节点均为全向通信——节点通信范围为球体，这使得节点在与一个邻居节点通信时，会对多个其他邻居节点造成干扰，使其无法正常通信。由于水下节点部署稀疏且可用的声谱资源有限，这种通信方式严重降低了网络吞吐量。若为节点部署指向性换能器，节点则可以进行指向性通信，即声能主要集中在角度为α的球冠区域内，α称为波速宽度，则可有效降低节点间干扰，提高吞吐量。

发明内容

本发明克服现有技术的上述不足，提供一种高可靠性水声网络MAC接入方法，技术方案如下：

一种水声网络MAC接入方法，包括下列步骤：

1)源节点有数据包需要发送时，以最大功率全向发送预约请求控制包RTS，包含波束宽度α和自身发射功率，源节点辐射范围内的所有节点收到RTS后，计算自身相对于源节点的信噪比，同时由信号到达角AOA计算源节点相对于自身的方位角和仰角θ。

2)收到第一个RTS后，目的节点等待时长W，在此期间，当网络状态较好时，目的节点只收到一个RTS控制包，此时目的节点继续向下一跳转发；当网络负载较大时，目的节点会收到来自多个节点的RTS控制包，此时目的节点为每个源节点定义优先级δ，信噪比越高、同一个数据包请求发送的次数越多，优先级δ越大，目的节点选取δ值最大的节点作为通信节点，并全向广播预约确认数据包CTS，其中包括被选中的节点信息。收到CTS的节点计算目的节点相对于自身的方位和信噪比后，建立信道状态矩阵H和邻居节点方位矩阵L：矩阵H中元素为信噪比，矩阵L中元素为节点的方位角和仰角θ。

3)未被选中的源节点和目的节点全向通信范围的重叠区域称为中继选择区域，中继选择区域内的节点通过RTS和CTS得知某一源节点发出请求但未被目的节点同意后，计算自身相对于该源节点和目的节点信噪比的平均值，大于某一门限值时，该节点担任中继节点，向相应源节点发送指向性请求DR。

4)收到DR的源节点，在不干扰其他节点通信的前提下，将请求发送给目的节点的数据包指向性地发送到中继节点，中继节点在目的节点当前通信结束后，将数据包发送给目的节点。

5)目的节点在接收成功后全向广播确认数据包ACK，源节点收到ACK后，通信结束。

附图说明

图1是本发明网络拓扑图