[发明专利]一种基于时域干扰对齐的水声网络MAC调度方法

说明书

本发明公开了一种基于时域干扰对齐的水声网络MAC调度方法，包括以下步骤：S1传输延迟矩阵初始化：水声网络中节点间的传播延迟指一个数据信号通过指定的传输介质从源节点传输到目的节点所需的时间，本发明将网络中所有节点对之间的传播延迟存放在延迟矩阵D中；S2传输调度矩阵初始化：调度矩阵S来存放网络中消息的传输调度，S中的元素表示各个时隙内消息的传输情况本发明涉及水声通信网络技术领域，该基于时域干扰对齐的水声网络MAC调度方法通过形成新的传输调度，该调度算法允许多个节点在同一时域内接受或者传输消息，且可以避免消息冲突，提高了网络吞吐量，充分考虑了实际应用中的业务传输情况，具有较高的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及水声通信网络技术领域，具体为一种基于时域干扰对齐的水声网络MAC调 度方法。

背景技术

海洋蕴藏着丰富的资源，水声网络作为一种探测海底世界的工具，被广泛地应用在军 事、商业和科技等领域，如海洋军事情报监听与敏感区域监测，水下资源勘探与保护、海 洋生物海底活动观测等，水声网络由网关节点、主节点、传感器节点组成。

水声网络不同于目前已有的陆地传感器网络，主要通过水声信道进行通信，声音在水 中的传输速度是1500m/s，比空气中的无线电传输速度低5个量级，因此水声网络拥有较 大的传播延迟，声波的传输衰弱与频率成反比，即频率越高，传输衰弱越强，所以水声网络一般使用较低的频段，这就使得能够利用的带宽有限，水声信道除了面临高传播延迟和窄带宽问题，还存在时空变化剧烈等挑战，水下的噪声，多径，多普勒效应导致水声信道 的误码率极高，由于水声信道的复杂性，传统无线网络MAC协议无法适用于水声网络。

基于水声网络传播延迟大，带宽有限，高误码率等特点，设计一种适用于水声网络的 MAC协议成为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，其主要目的是提供了一种基于时域干扰对齐 的水声网络MAC调度方法，其用于高效传输拥有具体传输需求的传输业务，提高网络性能。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于时域干扰对齐的水声 网络MAC调度方法，包括以下步骤：

S1传输延迟矩阵初始化：水声网络中节点间的传播延迟指一个数据信号通过指定的传 输介质从源节点传输到目的节点所需的时间，本发明将网络中所有节点对之间的传播延迟 存放在延迟矩阵D中；

S2传输调度矩阵初始化：调度矩阵S来存放网络中消息的传输调度，S中的元素表示 各个时隙内消息的传输情况；

S3决策判定阶段：二元组(j,k)表示从节点j到节点k的传输，节点j和节点k之 间的传输满足给定限制条件时，该二元组被判定为合格的传输决策，加入决策空间；

S4最优决策选取：获得决策空间后，分别将决策空间中的决策加入到传输调度中，计 算由当前时隙的传输调度和决策空中的每一个决策组成的新传输调度的传输潜力，选择能 使更新后的传输调度传输潜力最大的决策作为最优决策，然后将最优决策加入到当前传输 调度形成新的传输调度，一次传输调度更新完成；

S5不断地重复决策判定和最优决策选择过程，直到决策空间中没有合格的决策为止， 当前时隙的传输调度更新完成，进行下一时隙的传输调度更新。

进一步地，所述步骤S1中传输矩阵D是一个N*N的矩阵，其中的元素表示节点间的传输延迟，节点i和节点j之间的传输延迟D_ij按以下公式计算：

其中D是传播延迟，c为该信号在给定介质中的传输速率，pi和pj分别是节点i和j在网络中的位置向量，τ指一个时隙的长度，由于|p_i-p_j|＝|p_j-p_i|，因此，D是一个对 称矩阵，Dij＝Dji，对角线的元素为零，Dii＝0。