[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于CSMA/CA和TDMA的水声传感器网络MAC层协议的实现方法，属于水声信号处理技术领域。

背景技术

TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址），是把时间分割成周期性的帧，每一个帧再被分割成若干个时隙用于发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。

网络吞吐量和端到端延迟是体现网络性能的基本技术指标，传统TDMA的MAC协议在网络负载较低时，会出现某些节点可能在其时隙期间无数据可发，而其他节点又不能利用该时隙，导致时隙的浪费，降低了网络吞吐量，增加了端到端延迟，其原因是忽略了信道的空间复用性。

CSMA/CA协议是指带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量“避免”。发出数据前，先发送一个RTS（Request to send，请求传送）报文给目标端，等待目标端回应CTS（Clear to send，清除发送）报文后，才开始发送数据。利用RTS-CTS握手机制，确保接下来传送数据时，不会碰撞。同时由于RTS-CTS帧都很小，所以传送的无效开销较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统的基于TDMA的MAC协议信道利用率不高的缺点，在传统TDMA协议的基础上增加CSMA/CA竞争机制，提出一种基于CSMA/CA和TDMA的水声传感器网络MAC层协议的实现方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种水声传感器网络长延迟情况下的MAC协议实现方法，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；