[发明专利]水声网络中的节能的媒质访问控制方法

摘要

本发明公开了水声网络中的节能的媒质访问控制方法，利用本方法解决了水声网络中数据包传送碰撞率过高和能量消耗过高的问题。本发明将时间轴划分为等长度的循环周期，通过初始化建立起网络拓扑，在无需知道节点间传播时延的情况下实现了节点间的同步，在数据收发阶段各节点只需在特定的时刻处于唤醒状态，发送或接收数据包，而在大部分时间段内处于休眠状态。同时设计了碰撞避免措施以及对新节点加入和节点失效的处理措施。采用本方法可以大大节省网络的能量消耗，延长网络的寿命，同时可以降低碰撞率，并可以有效地由水下环境的改变或节点移动、损害、更新带来的网络拓扑结构的动态变化。

主权项

1.水声网络中的节能的媒质访问控制方法，其特征如下：(1)每个节点建立并维护一个唤醒时刻表，该表包含如下的表项：数据包的发送时刻、邻居节点ID号、邻居节点数据包的到达时刻；(2)初始化将整个网络收发数据包的时间分成长度相等的循环周期，每个循环周期的长度为T；在初始化阶段，网络中每个节点都处于唤醒状态，并且在(0，T)中随机选择一个时刻，广播一个用于同步的SYNC包，同时将该SYNC包的发送时刻保存在节点的唤醒时刻表中的“数据包的发送时刻”表项中；在其发送范围内的邻居节点一旦接收到SYNC包，则将该SYNC包的到达时刻和其发送节点分别保存在唤醒时刻表的“邻居节点数据包的到达时刻”和“邻居节点ID号”的表项中；(3)数据包的收发在完成初始化以后，每个节点按照建立起来的唤醒时刻表，在一个循环周期中需要发送和接受数据包的时刻及时唤醒，而在大部分时刻处于休眠状态；数据包由SYNC头和实际发送的数据信息Data两部分组成，在SYNC头中存储该数据包的发送节点ID号以及发送时刻；数据包的发送持续时间为τ；数据包发送完毕以后，该节点并不是立刻进入睡眠状态而是进入监听模式；在监听模式下，节点仍然处于工作状态但是功率很小，如果它监听到信号，则重新进入唤醒状态接收数据包，当监听持续时间结束以后，该节点进入休眠状态；(4)碰撞避免措施由于数据在水声信道中的传播时延是变化的，原来不会发生碰撞的数据包有可能因为信道条件的变化而发生碰撞；设TA代表当前循环周期中节点A数据包的发送时刻，RA，B是节点A接收到邻居节点B的数据包的时刻；如果发生碰撞，即满足RA，B≤TA≤RA，B+τ或者TA≤RA，B≤TA+τ，那么节点A在原有发送时刻TA的周围的一小段时间内重新选择一个发送时刻T′A，使得RA，B-(T′A+τ)≥τs或者T′A-(RA，B+τ)≥τs，τs为数据包之间不发生碰撞的保护间隔，A通过当前发送的数据包中的SYNC头将新的发送时刻TA′通知其邻居节点，在下一个循环周期中节点A在TA′时刻发送数据包；(5)新节点的加入当一个新节点加入到网络中以后，它在当前的循环周期中一直处于唤醒状态；当它收到邻居节点的数据包时，记录并保存邻居节点数据包的到达时刻和邻居节点ID号到唤醒时刻表的对应的表项中，并立刻发送一个HELLO包，该包中含有该新节点的ID、发送该HELLO包的时刻以及在下一个循环周期中数据包的发送时刻，该邻居节点收到HELLO包后获知新节点的信息，计算出下一个循环周期中需要唤醒接收新节点的时刻，在唤醒时刻表的“邻居节点数据包的到达时刻”和“邻居节点ID号”中分别写入对应的值；在下一个循环周期，该邻居节点在发送数据包之前先给新节点回送一个ACK，从而完全建立起和新节点的逻辑连接关系；(6)节点失效的处理由于信道条件很差，或是由于节点发送失败，以及节点电池能量耗尽，一个节点可能在计划好的唤醒时刻接收不到数据；如果一个节点在连续的两个循环周期中的规定的时刻都接收不到某个邻居节点的数据包时，它在唤醒时刻表中删除该节点的“邻居节点数据包的到达时刻”和“邻居节点ID号”表项信息，并通过数据包的SYNC头将该节点失效的消息传递给所有的邻居节点，使与失效节点相关的邻居节点及时获知该消息，从而在以后的循环周期中不必再为该失效节点唤醒。