[发明专利]面向链路间干扰抑制的时间反转水声网络多址接入方法

说明书

本发明提供了一种面向链路间干扰抑制的时间反转水声网络多址接入方法，采取适用于分布式水声网络MAC层，节点间数据传输过程中的多址接入，避免了传输冲突，大大提高了一次传输成功的概率和信道利用率，降低了组网能耗；通过主动TR空时聚焦性，利用水声信道的空变特性，将劣势转化为优势，削弱水声信道的广播特性，起到了有效隔离分布式多跳环境下相邻链路间信号干扰的关键作用；功率控制方法不仅节约了发射功率，而且大大减少了冲突发生的概率。

技术领域

本发明涉及水下通信组网领域，涉及时间反转理论，功率控制方法，多址接入控制技术等，尤其是一种水声网络多址接入方法。

背景技术

海洋占地球表面约71％，资源十分丰富，随着陆地资源的匮乏，人类进军海洋的步伐不断加快。水声网络(UAN,Underwater Acoustic Networks)通过建立水下网络对海洋环境进行监测，大大增强水下空间信息感知能力，对实现海洋权益维护、水下目标搜索、海洋资源开发、海洋环境监测和保护等有着重要意义。为了获得更大的水下空间信息感知范围与更强的感知能力，水声网络一般以分布式多跳的形式出现。因此，分布式多跳水声网络是本发明的研究对象，区别于包括诸如多用户通信系统在内的集中式单跳水声网络。

水声信道不仅传播时延大、信息速率低(很难超过100kbps)，而且由于受到海洋恶劣多径传播的影响，信道冲激响应严重依赖收发节点的空间位置，即水声信道是空变的，恶劣海洋环境造成水声信道复杂的空变特性，使得海洋水声信道成为最恶劣的无线信道之一。而且水声网络中节点成本高布放花费较大且一旦布好不易更换特别是在深海中。为此，针对水声信道特性和能耗受限开展包括网络多址接入、路由协议、差错控制在内的网络各层组网方法的研究，已成为近年来水声学与信息领域的研究热点。

多址接入控制(MAC，Medium Access Control)协议负责协调网络中所有节点高效、公平的接入信道，旨在避免不同节点接入共享信道时产生的传输冲突。若没有高效MAC机制的支持，网络中各节点在交互信息的过程中相邻链路之间产生的数据包传输碰撞会造成非常低下的信道利用率和电池能量利用率，严重恶化网络性能。在带宽与能量资源均非常宝贵的水声网络中，设计适用于水声网络的低能耗高效MAC协议，对于提高信道利用率和延长网络服役期(网络寿命)具有至关重要的作用与意义。

时间反转(TR，Time Reversal)处理技术基于传输互易性与时反不变性原理，能够利用复杂多径信道的空变特性实现接收的多径信号在时间上的压缩和空间上的聚焦。水声环境下TR能够利用海洋自身完成对信道冲激响应的空时匹配滤波。因此，TR处理实现了复杂多径信号自适应地在接收位置处的空时聚焦。主动TR利用复杂水声多径传播造成的网络中不同链路间信道响应的空间弱相关性，获得信号在接收位置的空时聚焦，发挥了有效隔离分布式多跳环境下相邻链路间信号干扰的关键作用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种面向链路间干扰抑制的时间反转水声网络多址接入方法(E-TRMAC)，针对带宽与能量双受限的分布式多跳水声网络中，链路间干扰严重带来的数据包传输碰撞，导致信道利用率低、时延长与能耗大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤如下：

步骤1：在一个链路时变周期T内，节点A给节点B发送数据，节点A判断自身是否已经收到来自节点B的探针包(Probe)：