一种基于MACA‑U协议的水声网络多址接入方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MACA‑U协议的水声网络多址接入方法，包括：在源节点与目的节点的RTS‑CTS交换过程中，若源节点或目的节点收到另一节点所发送的RTS，则在保证与源节点或目的节点已有忙时间不冲突的前提下计算出源节点或目的节点适合接收另一节点所发送的数据帧的时间；然后向另一节点回复CTS，CTS中包括另一节点从收到CTS到发送数据帧之前应等待的时间和除另一节点外的其他节点收到此CTS后应静默的时间；另一节点收到CTS后根据CTS等待一段时间后发送数据帧。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种基于MACA-U协议的水声网络多址接入方法，包括：在源节点与目的节点的RTS-CTS交换过程中，若源节点或目的节点收到另一节点所发送的RTS，则在保证与源节点或目的节点已有忙时间不冲突的前提下计算出源节点或目的节点适合接收另一节点所发送的数据帧的时间；然后向另一节点回复CTS，CTS中包括另一节点从收到CTS到发送数据帧之前应等待的时间和除另一节点外的其他节点收到此CTS后应静默的时间；另一节点收到CTS后根据CTS等待一段时间后发送数据帧。【专利说明】-种基于MACA-U协议的水声网络多址接入方法
本专利技术涉及水声网络领域，具体涉及一种基于MACA-U协议的水声网络多址接入 (MAC)方法。
技术介绍
海洋在经济、社会和军事等方面的地位越来越重要，人们迫切需要提高海洋信息 的获取和处理能力。水声网络作为一项新兴的海洋信息技术，在环境监测、灾害预警、海洋 工程、水下防御等领域有广阔的应用前景，因此被越来越多的研究者所关注。声音在水下的 传播速度平均为1500m/s，比电磁波在无线电信道中的传播速度3xl0 8m/S低5个数量级。相 应的传播延迟为〇. 67s/km，而网络节点间通信距离往往达到几公里甚至十几公里，如此高 的传播延迟会严重降低水声网络信息交互的效率。 数据链路层协议是水声网络研究的重要内容。在随机接入协议中，ALOHA是最简 单的，当节点有数据要发送时，立即发送数据并等待ACK。由于ALOHA没有考虑信道的状态， 当负载较高时，ALOHA协议的性能急剧下降。载波侦听多址接入（CSM)协议通过侦听发送 端附近的载波来避免碰撞，但却不能在接收端处避免碰撞，因此，CSM协议存在隐藏终端和 暴露终端的问题。避免碰撞的多址接入（MACA)协议通过交换RTS-CTS解决了 CSMA协议存 在的问题。MACAW协议是在MACA协议的基础上提出的，该协议增强了网络的可靠性，但是每 次通信成功后，都要发送一个ACK分组，在传播延时高的水声网络会增加协议的开销，降低 吞吐量。 MACA-U协议是在MACA协议的基础上所提出的一种改进协议，如图1所示，MACA-U 协议采用RTS-CTS-DATA三次握手机制。当源节点S有数据包需要发送时，先发送RTS控 制包，目的节点D接收到RTS后，立即回复CTS控制包。源节点S接收到CTS后，立即发送 DATA。目的节点D接收到DATA后，结束本次握手通信。如果源节点S未接收到相应的CTS， 则源节点S采用二进制指数退避算法（Binary Exponential Backoff,BEB)退避并重发。其 他邻居节点A、B监听到不是给自己的数据包后，进入QUITE状态。MACA-U协议的RTS-CTS 握手机制解决了隐藏终端和暴露终端问题，减少了数据包的碰撞。但是，MACA-U协议中的 坚持等待规则和静默规则严格限制了邻节点数据的发送，不利于网络吞吐量的提高。同时， 在RTS-CTS-DATA交换过程中节点等待时间过长，占据了通信过程中的大部分时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的水声网络通信方法网络吞吐量不高，由于水 声传播延时大而使节点等待时间过长等缺陷，从而提供一种基于MACA-U协议的水声网络 多址接入方法。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于MACA-U协议的水声网络多址接入方 法，包括： 在源节点与目的节点的RTS-CTS交换过程中，若所述源节点或目的节点收到另一 节点所发送的RTS，则在保证与所述源节点或目的节点已有忙时间不冲突的前提下计算出 所述源节点或目的节点适合接收所述另一节点所发送的数据帧的时间；然后向所述另一节 点回复CTS，所述CTS中包括所述另一节点从收到CTS到发送数据帧之前应等待的时间和 除所述另一节点外的其他节点收到此CTS后应静默的时间；所述另一节点收到CTS后根据 CTS等待一段时间后发送数据帧。 上述技术方案中，该方法在源节点上的实现包括以下步骤： 步骤101)、源节点S在向目的节点D发送数据前，首先发送RTS，计算源节点的忙 时间T si，并将Tsi存入本地忙时间表中，并进入WFCTS状态； 其中，源节点S的忙时间Tsi是指从源节点S开始接收CTS的时刻h到源节点发 送完数据帧的时刻t 2这一时间段，其计算公式如下面的公式（1)所示： 【权利要求】1. 一种基于MACA-U协议的水声网络多址接入方法，包括： 在源节点与目的节点的RTS-CTS交换过程中，若所述源节点或目的节点收到另一节点 所发送的RTS，则在保证与所述源节点或目的节点已有忙时间不冲突的前提下计算出所述 源节点或目的节点适合接收所述另一节点所发送的数据帧的时间；然后向所述另一节点回 复CTS，所述CTS中包括所述另一节点从收到CTS到发送数据帧之前应等待的时间和除所述 另一节点外的其他节点收到此CTS后应静默的时间；所述另一节点收到CTS后根据CTS等 待一段时间后发送数据帧。2. 根据权利要求1所述的基于MACA-U协议的水声网络多址接入方法，其特征在于，该 方法在源节点上的实现包括以下步骤： 步骤101)、源节点（S)在向目的节点D发送数据前，首先发送RTS，计算源节点的忙时 间TS1，并将TS1存入本地忙时间表中，并进入WFCTS状态； 其中，源节点（S)的忙时间TS1是指从源节点（S)开始接收CTS的时刻h到源节点发送 完数据帧的时刻t2这一时间段，其计算公式如下面的公式（1)所示：其中，ts」是源节点（S)准备发送RTS的时刻，Tkts、TCTS、T data分别为RTS、CTS和数据帧 的持续时间，t SD为源节点（S)到目的节点（D)的传播延时，□表示区间； 步骤102)、当源节点（S)处于WFCTS状态时，若收到某一节点（A)所发送的RTS，在保证 与本节点已有忙时间不冲突的前提下，计算出源节点（S)适合接收节点（A)所发送数据中贞 的时间，即节点（A)向源节点（S)预约节点（A)发送数据包的时间，进而计算出节点（A)从 收到CTS到发送数据帧之间的延迟ta;其中，t SA为源节点（S)到节点（A)的传播延时，ts 2为源节点（S)收到节点（A)发送的RTS 的时刻； 步骤103)、源节点（S)向节点（A)回复CTS，所述CTS包括：节点（A)收到CTS后到该 节点发送数据帧之前应延迟的时间t A，以及其他节点收到此CTS后应静默的时间QUIET_ CTS ;其中， QUIET_CTS = Tcts+Tdata+ t saX2+ t a (5) 步骤104)、节点（A)收到CTS后延迟t A再发送数据帧； 步骤105)、源节点（S)周围除节点（A)外的其他邻居节点收到CTS后，静默QUIET_CTS 时间，以保证不干扰源节点（S)接收节点（A)的数据帧； 该方法在目的节点上的实现包括以下步骤： 步骤201)、当目的节点（D)处于IDLE状态时，当该节点收到RTS后，计算本节点的忙时 间TD1，并将TD1存入本地忙时间表中，回复CTS，并进入WFDATA状态； 其中，TD1是指从目的节点（D)开始接收数据帧的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MACA‑U协议的水声网络多址接入方法，包括：在源节点与目的节点的RTS‑CTS交换过程中，若所述源节点或目的节点收到另一节点所发送的RTS，则在保证与所述源节点或目的节点已有忙时间不冲突的前提下计算出所述源节点或目的节点适合接收所述另一节点所发送的数据帧的时间；然后向所述另一节点回复CTS，所述CTS中包括所述另一节点从收到CTS到发送数据帧之前应等待的时间和除所述另一节点外的其他节点收到此CTS后应静默的时间；所述另一节点收到CTS后根据CTS等待一段时间后发送数据帧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，李宇，张春华，黄海宁，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11