[发明专利]基于数据发送预测的单控制包的时槽水声网络MAC协议

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信网络的技术领域，具体而言，涉及一种基于数据发送预测的单控制包的时槽水声网络MAC协议。

背景技术

水声通信应用在军事上已经很长时间了，相对于无线电，声在水下有着优越的传播特性，使得它成为水下通信首选的媒介。由于水下声组网易于布设，军事上的丰富经验促进了水声通信网络。这种网络在海洋数据收集、污染监测、海洋开发、灾难预报、辅助导航和战术监视等涉海领域具有广泛的应用前景。它一般是由大量分布的水下传感器、水下仪器等节点组成的多跳网，每个节点具有一个或多个传感器、嵌入式的处理器、低耗的声MODEM、以及供应能量的电池。

相对于陆上无线传感器网络，水声传感器网络具有多项独有特点，如(1)信号传输距离长、能耗高；(2)带宽小(只有几百k)，误码率高；(3)信道速度慢(约1500m/s)；(4)延迟长(几秒)且不稳定，随温度、密度和盐度等环境因素变化；(5)具有多路径干扰、运动多普勒漂移(Motion Induced Doppler Shift)以及相位和幅度的震荡(Phase and Amplitude Fluctuations)等信道特征；(6)节点运动随水流运动，运动速度约为0.83m/s-1.67m/s等。

多年来，MAC协议作为一个经典问题在有线网络和无线网络中被广泛研究。已经有大量的工作在研究有线网络和无线传感器网络MAC协议。但是，水声传感器网络的上述独有特点决定有线网络和无线传感器网络MAC协议不能直接应用于水声传感器网络。因此，适应水声传感器网络上述特点，适用于水声传感器网络的MAC协议是水声传感器网络研究的一项重点任务。

人们在水声传感器网络MAC协议方面进行了一些有益的研究。这些已有的研究可以根据信道访问策略被分为资源分配型、资源竞争型和混合型3大类。资源分配型MAC协议通过预先分配通信资源而避免竞争，主要基础技术包括频分多址访问技术(FDMA,Frequency Division Multiple Access)，时分多址访问技术(TDMA，Time Division Multiple Access)和码分多址访问技术(CDMA，Code Division Multiple Access)等。资源竞争型MAC协议中节点通过竞争来获取访问通信资源的机会。按照获得信道的方式，其可以进一步划分为无控制包MAC协议、单控制包MAC协议和握手MAC协议。混合型MAC协议融合前述两种或两种以上基本技术，以期兼具两者的优点，弥补各自的不足。

综合分析已有各类MAC协议的机制和特点，可以发现，与资源分配型和混合型协议相比较，资源竞争型协议更适合水声传感器网络。这方面最具代表性协议且与本发明最相关的已有MAC协议是T-Lohi、ST-Lohi、CUT-Lohi、AUT-Lohi等，参见文献“Syed A A,Ye W,Heidemann J.T-Lohi:A new class of MAC protocols for underwater acoustic sensor networks[C]//INFOCOM 2008.The 27th Conference on Computer Communications.IEEE.IEEE,2008”中。但目前资源竞争型协议水声传感器网络MAC协议的研究仍面临多项问题，如握手信号传输延时长，占用有限信道，消耗有限的能量；(2)隐藏终端问题导致包冲突，占用有限信道，消耗有限的能量；(3)暴露终端问题导致信道被无效占用，信道利用率低；(4)MAC协议周期性工作要求精确度较高的时钟同步；其中暴露终端问题是长期以来的一个研究重点，亟需创新性方法来应对。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种基于数据发送预测的单控制包的时槽水声网络MAC协议，以改善现有技术中数据传输占用有限信道、信道利用率低的问题。

本发明是这样实现的：

基于数据发送预测的单控制包的时槽水声网络MAC协议，所述MAC协议包括以下工作阶段:

S1，启动PST-Lohi协议，并进行协议参数初始化工作；

S2，PST-Lohi初始工作阶段：节点与一个确定的邻居节点进行数据传输，假定节点要发送m组数据，节点自己随机选择不冲突的时槽作为数据传输时槽；根据节点自己的时槽分配信息以及接收到的邻居节点的时槽分配信息调整时槽分配方案；