[发明专利]一种用于分布式多跳水声通信网络的媒介访问控制方法

摘要

本发明公开了一种用于分布式多跳水声通信网络的媒介访问控制方法，该方法在T-Lohi协议的基础上采用动态的竞争回合以平衡吞吐量和丢包率性能；再进一步引入伪Tone机制、新的竞争者计数方式来解决隐藏终端和暴露终端问题，采用基于优先权的竞争策略来解决公平性问题，且合理地设定阻塞状态中的预停留时间，从而将T-Lohi协议从单跳网络扩展到多跳网络。在水声信道环境中，该协议方法中的Tone预约方式比传统的载波侦听方式和RTS/CTS握手机制更高效可靠，并且性能稳定。

主权项

1.一种用于分布式多跳水声通信网络的媒介访问控制方法，其特征在于：1)在T-Lohi协议的基础上，采用动态的竞争回合以平衡吞吐量和丢包率性能；2)引入伪Tone机制、新的竞争者计数方式来解决隐藏终端和暴露终端问题；3)采用基于优先权的竞争策略来解决公平性问题；4)合理地设定阻塞状态中的预停留时间；将以上4点综合运用，改进了T-Lohi协议，实现从单跳网络到多跳网络的扩展；包括以下步骤：(1)配置网络参数，包括最大的单跳传播时延τ_max，Tone包的发送或接收时间T_tone，数据包的发送或接收时间T_data，网络中最密集区域内节点的邻居节点数n_max，网络中最稀疏区域内节点的邻居节点数n_min；定义网络中传输的Tone包和数据包，Tone包由“类型”、“发送节点编号”、“接收节点编号”、“优先权值”四个域组成，其中“类型”域为竞争Tone即CT或伪Tone即PT，CT用于预约信道，PT用于制造虚拟竞争以防止隐藏终端问题造成的数据碰撞，对每个节点而言，发送PT的条件是：在持续时间T_pt＝T_data+[γ(1，n_min)-γ(1，n_max)](τ_max+T_tone)内收到的CT个数大于1且其中包含发给自己的CT，则发送PT；CT包中的“优先权值”用于标志本节点当前参与竞争的优先级，同时节点内部有一个竞争标志队列CFQ，用于记录本节点每次发CT竞争的结果：竞争成功则将“1”插入队列，否则将“0”插入队列，同时将队列中最早的记录删除，CT包中的“优先权值”为CFQ中所有记录之和，该值越小，表示本节点在此次竞争中的优先级越高，该域初始化值为0；数据包由“接收节点编号”、“发送节点编号”、“目的节点编号”和“数据信息”四个域组成，其中“数据信息”域中保存着需要发送的数据信息，“目的节点编号”是该数据包最终要传递到的节点的编号，“接收节点编号”是数据包在本跳传递时目标接收者的编号，“发送节点编号”是数据包的发送者的编号；(2)设定网络的通信时间T_com；(3)节点处于空闲状态时，如果本节点有数据需要发送，则跳至(4)；如果收到了发给本节点或本节点之邻居节点的CT或者PT，则跳至(8)；当通信时间长度到达设定的通信时间T_com时，执行步骤(11)；(4)计算当前竞争回合的时间长度：CR＝(1+γ)(τ_max+T_tone)，其中，n为本节点的邻居节点数目，CTC表示本节点最新统计的竞争者个数，CTC初值为0；发送竞争Tone，然后侦听邻居节点发送的Tone，并等待该CR结束，记录收到的伪Tone数目PTC，并更新竞争者个数CTC，即发给本节点或本节点之邻居节点的CT中，优先级最高的Tone个数；如果满足发送PT的条件，则发送PT；(5)当CR结束时，如果本节点的优先级是唯一最高的，且没有收到PT，则预约信道成功，跳至(6)；如果本节点的优先级是唯一最高的，但PTC不等于0，或者本节点的优先级是最高的，但不是唯一最高的，则跳至(7)进行退避；如果本节点的优先级不是最高的，则跳至(9)直接执行退让；(6)发送数据，然后静默一段时间τ_max，当τ_max结束时，如果通信时间长度大于设定的通信时间T_com，则跳至(11)；否则：若本节点没有数据需要发送，则跳至(3)，若本节点有数据需要发送，则跳至(4)；(7)进入退避状态，按以下算法执行随机退避：先计算退避窗口大小W：若CTC等于1且PTC大于0，则否则再以[0，W)上的均匀分布随机生成一个w，执行时间长度为w·CR的退避，如果在w·CR结束之前收到了发给本节点或本节点之邻居节点的CT，跳至(8)；当w·CR结束时，如果通信时间长度大于设定的通信时间T_com，则跳至(11)，否则跳至(4)；(8)进入预阻塞状态，侦听一段时间τ_max，并及时更新CTC，若满足发送PT的条件则发送PT；当τ_max结束时跳至(9)；(9)用如下算法设定在阻塞状态中的预停留时间T_b：若CTC等于0，T_b＝0，若CTC等于1，T_b＝τ_max+T_data，若CTC大于1，则T_b＝3·CR+τ_max+T_data；然后进入阻塞状态，跳至(10)；(10)在阻塞状态中，如果发送PT的条件满足则立即发送PT；当T_b结束或者收到发给本节点或本节点之邻居节点的数据时，如果通信时间长度大于设定的通信时间T_com，则跳至(11)；否则：若本节点没有数据需要发送，则跳至(3)，若本节点有数据需要发送，则跳至(4)；(11)通信结束。