[发明专利]一种水声传感器网络多信道媒介访问控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水声传感器网络，尤其涉及一种水声传感器网络多信道媒介访问控制方法。

背景技术

在无线网络环境中，由于网络节点的传输范围有限，存在处于发送节点传输范围之外而在接收节点传输范围之内的邻居节点，此类节点称为隐藏终端；除此之外，还存在处于发送节点传输范围之内而在接收节点范围之外的邻居节点，此类节点称为暴露终端。由于发送节点不能感知隐藏终端的存在，此时发送到接收节点的数据分组可能受隐藏终端发送的数据分组所干扰；同时，暴露终端由于感知了发送节点发送的数据分组而延迟发送数据分组，尽管此时暴露终端发送数据分组不会影响接收节点数据分组的接收，降低了信号传输的空间复用率。

基于RTS/CTS握手机制的MAC协议在陆地无线网络环境中能够有效解决隐藏终端和暴露终端问题，在发送数据分组前通过短控制分组，向发送和接收节点周围的邻居节点发送节点状态信息，邻居节点接收到RTS或CTS控制分组后，隐藏终端将延迟发送避免干扰，暴露终端不受影响继续本节点的发送。但在传播延时较大的水声网络环境中，仍会带来控制分组和数据分组之间的冲突，削弱了基于RTS/CTS机制MAC协议在解决隐藏终端和暴露终端问题上的效果。

多信道MAC协议将控制分组和数据分组在相互独立的信道传输，能够解决单信道协议可能带来的控制分组和数据分组间的冲突，但多信道协议存在信道同步、多信道隐藏终端和信道分配等问题，而且水声信号的长传播延时加大了解决这些问题的难度；同时水声网络节点只有一个半双工收发机，在陆地无线网络环境下使用的多无线网卡多信道MAC协议不再适用于水声网络。

MMAC协议（Jungmin So，Nitin Vaidya.Multi-channel MAC for ad hoc networks:handling multi-channel hidden terminals using a single transceiver.ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing(MOBIHOC)，May2004.pp.222–233）是一种典型的在陆地无线网络环境下使用的单无线网卡多信道MAC协议，协议将时间轴划分成信标间隔，在每个信标间隔的开始，有一个“ATIM”时间窗口，在该时间窗口的起始时刻，网络中的所有节点都被强制切换到控制信道上，有数据发送需求的的节点使用控制消息和接收端协商信道，“ATIM”窗口结束后，收发节点对在选定的数据信道上通过三次握手RTS/CTS/DATA完成数据传输。可见，MMAC是一种先选择信道后竞争传输的多信道MAC协议。但由于信道选择时通过在公共控制信道上进行控制分组的交互，因此在长传播延时的水声网络环境下，各个节点感知的信道忙闲状态是一个局部量，可能为后续的信道分配提供错误的先验信息。

C-MAC协议（Ma Yu-tao，Guo Zhong-wen，Feng Yuan，etal.C-MAC:A TDMA-based MAC Protocol for Underwater Acoustic Sensor Networks[C].in Proceeding of IEEE NSWCTC’09.Wuhan，2009，728-731）是以信道分配为设计核心的水声网络多信道MAC协议。C-MAC协议基于TDMA，它根据物理位置将水声网划分为许多六边形蜂窝单元，每个单元内的节点共享一个时隙，协议设计的核心是为每个单元确定一个和邻接单元不相同的时隙，为此，选取一个节点作为参考点，参考点广播包含自己位置的时隙确定帧，其他节点从接收到的时隙确定帧中提取参考点位置，并通过与汇聚节点的相对位置决定自己的时隙，确定时隙后，每个单元的节点就在此确定的时隙中收发数据。若将C-MAC看作一种动态分配协议，则每次数据分组传输前都要经过多轮时隙信息广播，造成信令开销过大，吞吐率低下；若将C-MAC看作一种静态分配协议，则信令的传输可以在协议初始化阶段进行，在数据分组传输后忽略此部分开销，但由于对信道作静态分配，则可能带来静态信道分配所特有的资源利用率低问题。

综上所述，迫切需要设计一种适应于长传播延时水声网络环境的多信道MAC协议，解决信道同步、多信道隐藏终端和信道分配等问题，利用多信道传输提高水声传感器网络的空间复用率，达到提升网络吞吐量的目的。

发明内容

本发明的目的是提供可解决信道同步、多信道隐藏终端和信道分配等问题的一种水声传感器网络多信道媒介访问控制方法。

本发明包括以下步骤：