[发明专利]水声传感器网络长延迟情况下的MAC协议实现方法

摘要

本发明公开了一种水声传感器网络长延迟情况下的MAC协议实现方法。该方法基于传统TDMA机制，采用半双工的通信方式，按时隙划分时间。利用水声通信的长传播时延特性和信道的空间复用性，允许节点向等待应答确认帧的节点发送数据，允许其周围节点均空闲的节点发送数据，并且允许任何在等待应答确认帧的节点接收数据，本发明实现了一个节点同时与多个节点通信的目的，提高了网络吞吐量，同时降低了网络端到端延迟，适用于水声传感器网络及其它长传播时延通信网络，具有较高的实际应用价值。

主权项

一种水声传感器网络长延迟情况下的MAC协议实现方法，其特征在于，包括如下步骤：A，网络进行初始化，建立网络节点拓扑结构信息，将时间帧划分成若干个时隙，每个时隙依次由优先段、竞争段、数据段、应答段组成，其中优先段包括PRTS段，PCTS段；竞争段包括CRTS段，CCTS段；B，发送时隙，当前节点通过比较时隙号与节点号，判断该时隙是否属于本节点的主时隙进行下一步动作；C，当时隙是本节点的主时隙时，判断本节点是否有数据需要发送：C‑1，当本节点有数据要发送时，先在PRTS段发送PRTS帧，然后判断是否在PCTS段收到目的节点回复的PCTS帧；C‑1‑1，当本节点在PCTS段收到目的节点回复的PCTS帧时，本节点先广播JAM帧，然后在CRTS段判断是否收到回复给本节点的CRTS帧；C‑1‑1‑1，当收到回复给本节点的CRTS帧时，则本节点回复CCTS帧给优先级最高的节点，然后在数据段发送各数据分帧，并在应答段等待目的节点回复的应答帧；根据目的节点应答的应答帧的内容判断各数据分帧接收成功与否：当接收成功，则数据发送完毕，进入下一时隙；当有发送失败的数据分帧，则重新发送该数据，发送次数为计数器+ 1，当计数器达到了预设门限，该数据不再重发，节点进入下一个时隙；C‑1‑1‑2，当没有收到回复给本节点的CRTS帧时，则本节点在数据段发送各数据分帧，在应答段等待目的节点回复的应答帧；根据目的节点应答的应答帧的内容判断各数据分帧接收成功与否：当接收成功，则数据发送完毕，进入下一时隙；当有发送失败的数据分帧，则重新发送该数据，发送次数为计数器+ 1，当计数器达到了预设门限，该数据不再重发，节点进入下一个时隙；C‑1‑2，当本节点在PCTS段没有收到目的节点回复的PCTS帧，此次预约主时隙失败，发送次数计数器+ 1，同时在CRTS段侦听CRTS帧，如果握手成功，则接收数据，接收完毕后发送应答帧给发送方；反之不动作；当计数器达到了预设门限，该数据不再重发，节点进入下一个时隙；C‑2，当本节点没有数据发送时，则侦听PRTS段或者CRTS段，如果握手成功，则接收数据，接收完毕后发送应答帧给发送方；如果握手不成功，则节点进入下一个时隙；D，当时隙不是本节点的主时隙时，首先判断本节点是否有数据要发送，如果本节点没有数据要发送，则进入C‑2步骤，如果本节点有数据要发送，则首先侦听优先段：D‑1，当在优先段收到的是PCTS帧，则丢弃该PCTS帧进入下一时隙，以免与主节点冲突；当在优先段收到的是PRTS帧，则判断该PRTS帧的目的地址是否是本节点：当结果为是，则在PCTS段回复PCTS帧，在数据段接收数据后，在应答段回复应答帧；进入下一个时隙；当结果为否，则进入D‑2‑1步骤；D‑2，当在PRTS段没有收到发给本节点的PRTS帧，且在PCTS段没有收到任何PCTS帧，则本节点进入CSMA/CA竞争机制：D‑2‑1，在竞争段发送CRTS帧进行竞争，同时侦听其他节点的CRTS帧；当节点发送CRTS后，在CCTS段内收到发给本节点的CCTS帧回复后没有收到主节点的JAM帧；且在侦听到的CRTS帧的源节点中，本节点的优先级别不是最高的；则本节点在收到CRTS帧后，在CRTS段结束时发送CCTS帧，在数据段进入发送数据状态，在应答段等待目的节点回复的应答帧；D‑2‑2，当节点发送CRTS后，在CCTS段内侦听到主节点发送的JAM帧和回复的CCTS帧，或者未收到任何的CCTS帧，节点将进入等待状态，延迟一段时间再进入发送数据状态；D‑2‑3，当本节点处于发送数据状态中时，当有数据帧到来，本节点将不接收该数据帧,当节点已发送完毕CCTS帧，则直接进入接收数据状态, 接收完成后在应答段发送应答帧；D‑2‑4，根据目的节点应答的应答帧的内容判断各数据分帧接收成功与否：当接收成功，则数据发送完毕，进入下一时隙；当有发送失败的数据分帧，则重新发送该数据，发送次数为计数器+ 1，当计数器达到了预设门限，该数据不再重发，节点进入下一个时隙。