[发明专利]一种水声网络通信中基于UW-CSMA/CA的多址接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声网络通信领域，特别涉及一种水声网络通信中基于UW-CSMA/CA的多址接入方法。

背景技术

海洋占据了地球面积的三分之二以上，对海洋的观测和开发越来越受到各国的重视，同时，水声网络成为了世界范围内的研究热点。数据链路层协议是水声网研究的重要内容。与无线信道相比，水声信道带宽受限、传播时延大，这对水声网络MAC协议的设计提出了极大的挑战。

依据协议的信道获取方式，MAC协议分为基于调度的MAC协议和基于竞争的MAC协议。由于水声信道的可用频带很窄，使得基于调度的FDMA难以使用。基于调度的TDMA需要各节点时钟精确同步和保护间隔，这在高传播延迟、随机时空频变的水声网络中有很大的困难。基于调度的CDMA因其计算复杂度较高而应用较少。因此，基于竞争的MAC协议比较适合水声网络。基于竞争的MAC协议又可以分为基于ALOHA的MAC协议和基于握手的MAC协议。本申请主要研究多跳水声网络中基于握手的MAC协议。

基于握手的MAC协议通过RTS/CTS握手来预约信道，解决隐藏终端和暴露终端问题。在参考文献1《Affan A.Syed,Wei Ye,Jobn Heidemann.T-Lohi:A New Class of MAC Protocols For Underwater Acoustic Sensor Networks[C].The27th Conference on Computer Communications,Phoenix,2008:231-235》所披露的T-Lohi协议中，使用短的唤醒信号预约信道来防止数据包的碰撞，对于分布式、短距离、密集型网络，T-Lohi能提供吞吐量稳定、能量利用率高的网络服务。在参考文献2《X.Guo,M.R.Frater,and M.J.Ryan.Design of a Propagation-Delay-Tolerant MAC Protocol for Underwater Acoustic Sensor Networks[J].Oceanic Engineering,2009,34(2):170-180》中，通过规定CTS的回复时间来减小水声信道高传播延时的影响，从而提高网络的吞吐量。在参考文献3《Nitthita Chirdchoo,Wee-Seng Soh,and Kee Chaing Chua.RIPT:A Receiver-initiated Reservation-based Protocol for Underwater Acoustic Networks[J].Selected Areas in Communications,2008,26(9):1744-1753》中提出一种通过接收端来初始化通信过程的随机接入MAC协议，使它的所有邻节点以数据包队列的方式把待发送的数据包发送给接收端。在参考文献4《Dong Fang,Yu Li,Haining Huang,Li Yin.A CSMA/CA-based MAC Protocol for Underwater Acoustic Networks[C].6th International Conference on Wireless Communications,Networking and Mobile Computing,Chengdu,2010:1-4》中设计一种适用于水声网络的MAC协议，将其命名为UW-CSMA/CA协议，基于该协议的多址接入方法采用坚持等待的策略，减少退避次数，从而提高网络的吞吐量。

在UW-CSMA/CA协议中，将RTS、CTS、DATA、ACK的持续时间分别标记为T_RTS、T_CTS、T_DATA、T_ACK，将最大传播延迟标记为τ_max。基于UW-CSMA/CA协议，水声网络中的节点可能处于六种状态：IDLE、CTD、WFCTS、WFDATA、WFACK和QUIET。