一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，在有数据发送需求的固定节点收到Sink节点的ND包后，发送RTS包给Sink节点进行数据发送预约；Sink节点根据RTS包内的信息计算传播延迟等信息，进而计算出各节点的数据发送时间，完成各节点数据传输调度。本发明专利技术基于预约调度机制有效避免了数据包的冲突问题，同时减少了节点间的握手时间，明显提高了信道利用率，提升了数据传输效率,此外，本发明专利技术不需要节点间提前进行时间同步，显著降低了水声通信网络的实施要求。

An Access Control Method for Underwater Acoustic Media Based on Reservation Scheduling Mechanism

The invention provides an underwater acoustic media access control method based on reservation scheduling mechanism, which sends RTS packets to Sink nodes after receiving ND packets of Sink nodes from fixed nodes with data transmission requirements for data transmission, calculates transmission delay and other information according to information in RTS packets, and then calculates data transmission time of each node, and completes data transmission tuning of each node. Degree. Based on the reservation scheduling mechanism, the invention effectively avoids the problem of data packet collision, reduces the handshake time between nodes, significantly improves the channel utilization rate and data transmission efficiency. In addition, the invention does not require time synchronization between nodes in advance, and significantly reduces the implementation requirements of underwater acoustic communication network.

【技术实现步骤摘要】
一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法
本专利技术涉及水声通信
，尤其涉及一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法。
技术介绍
不同于陆地上利用电磁波作为载体进行信息传输，海洋里更多地采用声学方式进行通信，水声通信是目前唯一能实现水下长距离信息传输的方式。然而声波具有传播速度慢、频率低等固有特性，使得水声通信与电磁波通信产生了巨大差异，适用于电磁波的通信协议往往无法移植到水声通信中去。媒体访问控制(MAC)协议属于数据链路层协议，用于解决网络中共享信道发生竞争时如何分配信道使用权的问题。当前比较常用的水声通信MAC协议一般基于随机接入机制和握手机制，前者在多节点同时发送信息时极易发生冲突致使通信效率急剧下降，后者虽然可以在一定程度上避免冲突的发生，但因水声信道传播时延较长的特点使得握手过程变得很长，而有效信息的传输时间却很短，导致信道利用率不高。特别地，常见的水声MAC协议往往只考虑了固定节点间的通信问题，对于存在移动节点的通信网络的适用性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，包括下列步骤：S1、移动Sink节点向外广播发送ND包，所述ND包中包含目的地址和源地址以及发送时间；S2、收到ND包的固定节点，如果有数据发送需求，则选择一个随机延迟时间，待延迟时间耗尽后发送RTS包给移动Sink节点进行数据发送预约，该RTS包中包含目的地址和源地址以及延迟时间等信息；S3、移动Sink节点收到有数据发送需求的固定节点的RTS包后，计算出各固定节点数据的发送顺序与发送时间，然后移动Sink节点将包含上述信息的ORDER包广播发送给各有数据发送需求的固定节点；S4、各固定节点收到ORDER包后提取出各自的发送时间信息，同时开启计时器，计时结束后发送自己的数据DATA包给移动Sink节点；S5、移动Sink节点收到各固定节点的DATA包后，将数据包的接收情况信息写入ACK包，然后广播发送给各节点,完成通信。优选的，步骤S1中，所述发送时间为移动Sink节点自身时钟时间。优选的，步骤S2中，所述随机延迟时间可根据移动Sink节点有效通信范围内最大的固定节点数目来确定，具体方法如下：设最大移动Sink节点数目为M，来自固定节点的RTS包的传输时间为TRTS,则某固定节点的延迟时间为n*TRTS，其中n为(0,M)的一个随机整数。优选的，所述步骤S3中,移动Sink节点在tREND时刻后，不再接收RTS包，tREND时刻的计算方法为：设移动Sink节点通信范围内的最大传输时延为τmax，移动Sink节点发送ND包的时刻为tND，则tREND＝tND+2*τmax+M*tRTS。优选的，所述步骤S3中,所述固定节点的发送时间是指固定节点收到来自移动Sink节点的ORDER包到发送自己的数据包期间所要等待的时间，其计算方法为：S31、移动Sink节点收到来自各固定节点的RTS包后，提取其中的延迟时间信息，计算其与固定节点的传播时延，设固定节点i的延迟时间为n*TRTS，为移动Sink节点接收来自固定节点i的RTS包的开始时刻，TND为发送ND包的持续时间，则固定节点i与移动Sink节点的传播延迟τs,i为：S32、跟据移动Sink节点与各固定节点的传播延迟τs,i计算发送顺序以及发送所需要的等待时间，其方法为，所述发送顺序由传播时延来确定，传播延迟越小，发送顺序越靠前，根据发送顺序计算各固定节点的等待时间，第i个固定节点的等待时间为：优选的，所述步骤S5中,移动Sink节点在tDEND时刻后，不再接收来自固定节点的DATA包，tDEND时刻的计算方法为：设移动Sink节点发送ORDER包的时刻为tORD,最后一个发送数据的固定节点与Sink节点的传播时延为τs,last，最后一个发送数据的固定节点的发送等待时间为TWlast，则tDEND＝tORD+TWlast+2*τs,last。优选的，所述步骤S5中,所述ACK包中的具体包含的信息为，各节点的数据是否被成功接收的标志，如果节点i的数据被成功接收，则标志位为1，否则为0。与现有技术相比，本专利技术达到的有益效果如下：本专利技术提供的一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，在基于预约调度机制的基础上，有效避免了多节点同时占用信道时数据包的冲突问题，从而极大地降低了数据包的重传概率，进而缩小了数据的平均传输时延，提高了数据的传输效率；并显著减少了Sink节点与固定节点的握手次数，大大减少了节点间用于握手的时间，使得实际有用数据的传输时间比重明显提升，有效提高了信道利用率；同时本专利技术不要求网络中的各节点进行时间同步，减小了网络的复杂度；本专利技术主要计算工作由Sink节点完成，有效节省了固定节点的电量，使得水下固定节点单次布放的工作时间得到了明显增加，进而延长了水声通信网络的生命周期。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的网络拓扑图；图3为本专利技术实施例提供的数据传输时序图。具体实施方式为了更好理解本专利技术
技术实现思路
，下面提供具体实施例，并结合附图对本专利技术做进一步的说明。参见图1至图3，一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，其中包括若干固定节点A、B、C、D以及唯一的移动Sink节点，通过下列方式进行通信：S1、移动Sink节点向外广播发送ND包，所述ND包中包含目的地址和源地址以及发送时间；S2、收到ND包的固定节点，如果有数据发送需求，则选择一个随机延迟时间，待延迟时间耗尽后发送RTS包给移动Sink节点进行数据发送预约，该RTS包中包含目的地址和源地址以及延迟时间等信息，所述随机延迟时间可根据移动Sink节点有效通信范围内最大的固定节点数目来确定，具体方法如下：设有效通信范围内最大的固定节点数目为M，来自固定节点的RTS包的传输时间为TRTS,则某固定节点的延迟时间为n*TRTs，其中n为(0,M)的一个随机整数。S3、移动Sink节点收到有数据发送需求的固定节点的RTS包后，计算出有数据发送需求的固定节点数据的发送顺序与发送时间，然后移动Sink节点将包含上述信息的ORDER包广播发送给各固定节点；其中移动Sink节点在tREND时刻后，不在接收RTS包，tREND时刻的计算方法为，设移动Sink节点通信范围内的最大传输时延为τmax，移动Sink节点发送ND包的时刻为tND，则tREND＝tND+2*tmax+M*TRTS。固定节点的发送时间是指固定节点收到来自移动Sink节点的ORDER包到发送自己的数据包期间所要等待的时间，其计算方法为：S31、移动Sink节点收到来自各固定节点的RTS包后，提取其中的延迟时间信息，计算其与固定节点的传播时延，设固定节点i的延迟时间为n*TRTS，为移动Sink节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、移动Sink节点向外广播发送ND包，所述ND包中包含目的地址和源地址以及发送时间；S2、收到ND包的固定节点，如果有数据发送需求，则选择一个随机延迟时间，待延迟时间耗尽后发送RTS包给移动Sink节点进行数据发送预约，该RTS包中包含目的地址和源地址以及延迟时间等信息；S3、移动Sink节点收到有数据发送需求的固定节点的RTS包后，计算出各固定节点数据的发送顺序与发送时间，然后移动Sink节点将包含上述信息的ORDER包广播发送给各有数据发送需求的固定节点；S4、各固定节点收到ORDER包后提取出各自的发送时间信息，同时开启计时器，计时结束后发送自己的数据DATA包给移动Sink节点；S5、移动Sink节点收到各固定节点的DATA包后，将数据包的接收情况信息写入ACK包，然后广播发送给各固定节点，完成通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、移动Sink节点向外广播发送ND包，所述ND包中包含目的地址和源地址以及发送时间；S2、收到ND包的固定节点，如果有数据发送需求，则选择一个随机延迟时间，待延迟时间耗尽后发送RTS包给移动Sink节点进行数据发送预约，该RTS包中包含目的地址和源地址以及延迟时间等信息；S3、移动Sink节点收到有数据发送需求的固定节点的RTS包后，计算出各固定节点数据的发送顺序与发送时间，然后移动Sink节点将包含上述信息的ORDER包广播发送给各有数据发送需求的固定节点；S4、各固定节点收到ORDER包后提取出各自的发送时间信息，同时开启计时器，计时结束后发送自己的数据DATA包给移动Sink节点；S5、移动Sink节点收到各固定节点的DATA包后，将数据包的接收情况信息写入ACK包，然后广播发送给各固定节点，完成通信。2.根据权利要求1所述的一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述发送时间为移动Sink节点自身时钟时间。3.根据权利要求1所述的一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述随机延迟时间可根据移动Sink节点有效通信范围内最大的固定节点数目来确定，具体方法如下：设最大移动Sink节点数目为M，来自固定节点的RTS包的传输时间为TRTS，则某固定节点的延迟时间为n*TRTS，其中n为(0，M)的一个随机整数。4.根据权利要求3所述的一种基于预约调度机制的水声媒体访问控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，移动Sink节点在tREND时刻后，不再接收RTS包，tREND时刻的计算方法为：设移动Sink节点通信范围内的最大传输时延为τmax，移动Sink节点发...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭峰，刘立昕，万成昌，吴慰，
申请(专利权)人：中国科学院深海科学与工程研究所，
类型：发明
国别省市：海南,46