[发明专利]一种基于簇的时空调度MAC协议的设计方法

说明书

本发明设计了一种适用于水下无线传感器网络的MAC协议，基于簇的时空调度MAC协议，该MAC协议设计方法主要包括下列步骤：建立网络模型：节点随机部署在某一海域中自组成网，网络中的节点根据成簇算法组成簇，各个节点的传输范围相同，假设根据成簇算法得到的各个簇头节点不在彼此的传输范围内，一些簇头节点的传输范围相互交叉。整个网络时针同步，且每个节点都知道其它节点的地理位置；定义节点的度、干扰节点、禁止时间、时空冲突图；根据节点度越大的节点的数据传输导致越多的数据碰撞的概率越大，所以节点度越大的节点要求其最先传输的思想，构造时空冲突图,极大简化了时空冲突图的复杂性；在节点冲突图构造完之后，确定节点的优先级；在上述工作完成后，确定节点的传输时间。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络通信技术领域，涉及一种MAC协议的设计方法。

背景技术

水下无线传感器网络利用声波作为传输媒介，因此具有长时延的特性，长时延的特性带来了时空不确定性问题，这给水下无线传感器网络的传输调度带来了巨大的挑战。

MAC协议是一种信道接入机制，它的作用是通过调度多个节点接入信道的时机，从而避免数据包发生冲突。MAC协议对于网络的吞吐量、网络的端到端延迟、节点能量消耗等方面有着重要影响，MAC协议可以大致分为两大类：基于竞争的MAC协议和基于调度的MAC协议。基于竞争的MAC协议还可以分为随机接入信道机制和基于握手机制两种。由于水下无线传感器网络的时空不确定性，传统的陆地MAC协议无法直接运用到水下无线传感器网络中。簇状网络拓扑能够均衡网络中节点的能耗，是水下无线传感器网络中常见的一种拓扑结构，因此设计了一种基于簇的时空调度MAC协议。

发明内容

为了提升网络的吞吐量、网络的端到端延迟、节点能量消耗等方面的性能，本发明设计了一种基于簇的时空调度MAC协议，通过在簇状结构下构造时空冲突图，从而确定节点的发送时间，实现了无碰撞传输，提升了网络性能。技术方案如下：

一种基于簇的时空调度MAC协议的设计，包括下列步骤：

（1）.建立网络模型：节点随机部署在某一海域自组成网，网络中的节点根据成簇算法组成簇，各个节点的传输范围相同，假设根据成簇算法得到的各个簇头节点不在彼此的传输范围内，一些簇头节点的传输范围相互交叉。整个网络时针同步，且每个节点都知道其它节点的地理位置；

（2）.定义节点的度、干扰节点、禁止时间、时空冲突图；

（3）.根据节点度越大的节点的数据传输导致越多的数据碰撞的概率越大，所以节点度越大的节点要求其最先传输的思想，构造时空冲突图；

（4）在节点冲突图构造完之后，确定节点的优先级，在节点度一样的情况下根据公式

SPN⁽ⁿ⁾(i)=E²(i)∙( E(i) -V(i))+ D_i,H/R去确定节点度为n的节点的优先级，其中，其中，E(i)表示节点i冲突图的边数，V(i)表示节点i冲突图的顶点数，D_i,H表示节点距离目的节点即簇头节点的距离，R表示节点的最大传输半径；

（5）在上述工作完成后，确定节点的传输时间，节点通过接收的信息标记自身的状态，并确定传输时间。

本发明设计了一种基于簇的时空调度MAC协议，通过在簇状结构下构造时空冲突图，从而确定节点的发送时间，实现了无碰撞传输，提升了网络性能。

具体实施方式

本发明提出的基于簇的时空调度MAC协议，通过在簇状结构下构造时空冲突图，进而确定节点的发送时间，从而增加了网络的并行传输，实现了无碰撞传输，极大地提升了网络的通信性能。