[发明专利]一种适用于AUV的UWSNs介质访问控制方法

说明书

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种适用于AUV的UWSNs介质访问控制方法，包括：Step1、使用UW‑REQ、UW‑REP以及UW‑ACK广播帧控制请求信道的节点使用信道；Step2、将占用信道的节点数据优先级建模为有限状态离散时间马尔可夫链，构建多种类型的数据帧，对不同优先级帧竞争信道进行优先级处理。本发明可以在数据传输过程中使得能耗低、碰撞少的同时，将高优先级的数据先发送，具有较好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种适用于AUV的UWSNs介质访问控制方法。

背景技术

地球表面百分之七十以上被蓝色的海洋所覆盖，更应该称为“水球”。中国是陆地大国，同时也是一个海洋大国，海洋面积居世界前列。一方面，我国的海上石油、天然气资源，潮汐能/风能资源，渔业资源等海洋资源丰富；另一方面，海洋安全是国家安全的重要组成部分与重要保证。因此，有效地开发和保护海洋资源、维护海洋安全具有很高的经济价值和战略意义。

在众多新兴的海洋科技领域中，水下传感器网络因近年来在水体污染监控、水下资源勘探、海洋地理气象数据收集、地震/海啸灾难预防、国防安全领域等方面的应用受到日益广泛的关注。例如，在海洋地理数据收集方面，水下无线传感器网络(UnderwaterWireless Sensor Networks，简称为UWSNs)利用水面、水下布放的传感器，协作采集三维海洋地理数据。因此，该技术对沿海地区水文气象数据采集，灾害灾难预报方面有着重要意义。

自治式水下航行器(简称为AUV)是目前水下移动组网观测比较成熟的几类平台。其中，AUV具有活动范围大、无脐带纠缠、不需要庞大水面支持系统、运行和维修费用低等优点，是一种理想的测量仪器平台，逐步成为海洋观察和探测的重要手段。基于AUV的水下移动无线传感器网络扩大了传统水下传感器网络对环境的监控范围，提高了网络对海洋物理现象的跟踪和探测能力。

MAC协议处于UWSNs的数据链路层部分，主要负责完成将节点接入到信道之中。并为其分配信道资源，保证数据的可靠传输工作，其性能优劣对UWSNs的影响巨大。由于在不同环境中的应用需求各不相同，MAC协议设计的方向也不同。

在UWSNs中应着重使用碰撞率低、能耗少、误码率低等MAC协议。现如今根据信道的占用方式，MAC协议主要可以分为三类——基于固定分配式的MAC协议、基于竞争式的MAC协议、混合式的MAC协议。基于固定分配式的MAC协议即通过某些规则预先把信道分配给有数据传输需要的节点使用，避免了因为节点间进行信道竞争而造成的数据传输失败，提高了数据传输效率。典型的固定分配式MAC协议有时分多址访问协议(TDMA)、频分多址访问协议(FDMA)、码分多址访问协议(CDMA)。基于竞争式的MAC协议是节点通过竞争来动态地获得在信道中进行数据传输的能力，若检测到数据冲突则先退避一段时间之后再次对信道进行竞争，这种方法能够很好地处理突发数据、适应网络拓扑地变化，且不需要时间保持同步。但当节点承担地传输任务较重时，会难以避免数据碰撞，导致数据传输失败。典型的竞争式MAC协议有随机竞争(Aloha)协议、载波监听多址(CSMA)协议、时隙Aloha(Slotted-Aloha)协议、冲突避免Aloha(Aloha-CA)协议、基于时隙的CSMA(Slotted-CSMA)协议、冲突避免多址接入(MACA)协议、基于数据流多址接入(FAMA)协议、时隙FAMA协议等。混合式MAC协议主要有UPMAC协议，该协议通过对网络负载进行领活调控来适应不同的网络情况，在网络负载较低时使用夹带(Piggyback)技术来减少控制包的使用，缩短了网络的往返延迟，SD-TDMA协议将信道划分为一个个超帧，通过预约信道动态地调整超帧的长度，并且通过在数据组发送结束后统一发送ACK帧缩短了数据传输周期，提高了信道利用率。