[发明专利]一种面向数据收集任务的水声网络媒体接入控制方法

说明书

本发明涉及一种面向数据收集任务的水声网络媒体接入控制方法。现有方法对于数据收集型水声传感网络具有不适用性。本发明方法首先建立数据收集型水声传感网络模型；当水声传感节点有发送需要，向汇聚节点进行信道预约，汇聚节点主动邀请其它水声传感节点加入本轮传输，并对各响应包进行传输调度；水声传感节点接收到邀请包后，如有发送需要，按调度表发送响应包；汇聚节点进行数据包调度，并通过顺序包广播；水声传感节点接收到顺序包后，按照调度表向汇聚节点发送数据包；汇聚节点接收完数据包后广播确认包。本发明方法适用于数据收集型水声传感网络，提高了网络吞吐量与信道预约成功率，本发明同时适用于存在移动节点的数据收集型水声传感网络。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体是一种媒体接入控制(Media Access Control，MAC)协议领域，具体涉及一种面向数据收集任务的水声网络媒体接入控制方法。

背景技术

近年来，我国对海洋的探测与开发越发重视，水声传感网络的相关技术也迅速发展，并且广泛应用于海洋探测，例如洋流监测、环境数据收集与灾难预警等。而由于水声信道的传播时延长、误比特率高与传输带宽受限等特性，MAC协议设计是数据收集型水声传感网络的一个重要挑战。

水声传感网络MAC协议根据信道占用方式大致可以分为两类，分别为非竞争的MAC协议与基于竞争的MAC协议。非竞争方式MAC协议主要包括TDMA(Time Division MultipleAccess，时分多址)、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)、CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)等。由于非竞争MAC协议不需要竞争信道，使其容易获得较高吞吐量。但是，在水声传感网络中，TDMA时间同步很难实现，OFDMA解码同步困难，CDMA远近效应问题难以解决以及需要复杂的硬件设置加以配合。因此，非竞争的MAC协议并不适用水声传感网络。基于竞争的MAC协议采用节点发送控制包预约信道，信道预约成功后，再向接收节点传输数据。基于竞争的MAC协议有利于降低网络信道接入时延并保证信道利用率，但一次成功的信道预约只能传输一个节点的数据，因此网络吞吐量较低。

另外，随着水下移动平台技术的发展，AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下航行器)被广泛地应用于水下环境数据收集等应用中。而现有的水声传感网络的MAC协议，大多没有考虑移动节点的接入问题，使这些已有的MAC协议并不适用于有移动节点的数据收集型水声传感网络。

发明内容

本发明的目的是针对现有水声传感网络MAC协议不适用水下环境数据收集任务与不支持移动节点的接入，提出一种面向数据收集任务的水声网络媒体接入控制方法。

本发明采用RTS竞争机制，当节点有数据需要传输时，发送RTS进行信道预约，当接收节点成功接收到RTS包后，通过主动邀请其他节点加入传输机制，减少控制包的传输，有效提高网络吞吐量，同时提高节点传输的公平性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

步骤(1)网络初始化：

建立网络节点拓扑结构信息：将n个水声传感节点与1个汇聚节点通过水声连接，形成一个集中式网络，n>1；各个水声传感节点广播自身位置信息，汇聚节点根据接收到的位置信息，计算与每个水声传感节点的传播时延，汇聚节点与水声传感节点的传播时延为汇聚节点和水声传感节点的距离与声速的比值；

步骤(2)信道预约：

当水声传感节点有数据需要发送，且汇聚节点不处于传输状态时，该水声传感节点向汇聚节点发送RTS(Request to Send，请求发送)包进行信道预约，RTS包由RTS标志位、发送节点地址、接收节点地址、需要传输数据包个数和结束位组成；发送完RTS包后，水声传感节点启动RTS定时器，完成信道预约；