专利名称：一种用于分布式多跳水声通信网络的媒介访问控制方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络数据链路层的媒介接入控制技术，尤其涉及一种用于分布式多跳水声通信网络的媒介访问控制方法，属于水声信号处理技术领域。
背景技术：
由于水声信道的长传播时延特性，在竞争型MAC协议的信道接入方式中，随机接入方式(如Aloha)碰撞丢包严重，能量效率太低；载波侦听方式(如CSMA)需要较长的侦听时间且侦听到的信道状态并不可靠，同样造成效率低下。所以水声通信网络的竞争型 MAC协议中较多地采用基于预约机制的接入方式，以降低碰撞丢包率，提高能量效率，而基于RTS/CTS握手方式(如Slotted FAMA)的信道预约，由于发一次数据之前至少需要两次控制信息交互，直接导致信道利用率或吞吐量性能低下。Syed等人提出的Tone预约方式充分利用了水声信道的特点，在单跳全通网络场景下，基于Tone预约方式的T-Lohi协议能取得相对较优越的网络性能。Syed等人针对水声传感器网络提出了一种基于Tone预约机制的分布式节能的竞争型MAC协议T-Lohi，该协议有三个版本同步的T-Lohi (ST-Lohi)、保守非同步的 T-Lohi (cUT-Lohi)和激进非同步的T-Lohi (aUT-Lohi)。协议中，一次完整的预约过程包括若干个竞争回合(Contention Round, CR),对于ST-Lohi和aUT-Lohi,—个竞争回合的时间长度为=CRst = CRam = ( τ max+Ttone)，即最大传播时延加上Tone包的检测时间(发送时间); 而cUT-Lohi的一个竞争回合长度为其两倍，即=CRcot = 2(τ max+Ttone)。aUT-Loh i能取得较高的吞吐量性能，但碰撞丢包严重；cUT_Loh i的碰撞丢包率低，但吞吐量不高；ST-Lohi既能取得较高的吞吐量，又具有较低的碰撞丢包率，但是 ST-Lohi需要时间同步，复杂度高，开销大。T-Lohi是一种高效、节能，且性能稳定的水声通信网络MAC协议，但是，它是针对单跳全通网络设计的，并不适合于多跳网络。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，设计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，采用如下技术方案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点交叉综合运用，改进了 T-Lohi协议，以实现从单跳网络到多跳网络的扩展；包括以下步骤(I)配置网络参数，包括最大的单跳传播时延τ_，Tone包的发送或接收时间 Tt·，数据包的发送或接收时间Tdata,网络中最密集区域内节点的邻居节点数nmax，网络中最稀疏区域内节点的邻居节点数nmin ；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TondContentionTone，CT)或伪 Tone (Pseudo Tone, 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Tpt = Tdata+U (l，nmin)-Y (I, nmax) ] ( τ max+Ttone)内收到的CT个数大于I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“ I ”插入队列，否则将“O”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O ;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_ ；(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⑷；如果收到了发给本节点或本节点之邻居节点的CT (此时若满足PT的发送条件则需发送PT)或者PT，则跳至(8);当通信时间长度到达设定的通信时间1'。》时，执行步骤(11)；(4)计算当前竞争回合的时间长度
权利要求
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_，Tone包的发送或接收时间Tt·，数据包的发送或接收时间Tdata,网络中最密集区域内节点的邻居节点数nmax，网络中最稀疏区域内节点的邻居节点数nmin ；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 Tpt = Tdata+[Y (l，nmin)-Y (Lnfflax)] (Tmax+Ttone)内收到的 CT 个数大于I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“I”插入队列，否则将“O”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O ;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。》；(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⑶；当通信时间长度到达设定的通信时间！'。《时，执行步骤(11)；⑷计算当前竞争回合的时间长度CR = (l+Y)(Tmax+Ttone),其中，f CTC λ2γ = r(CTC,n) =，n为本节点的邻居节点数目，CTC表示本节点最新统计的Λ η + Ι竞争者个数，CTC初值为O ;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，当τ_结束时，如果通信时间长度大于设定的通信时间Τ。》，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I且PTC大于
全文摘要
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。
文档编号H04W74/08GK102612077SQ20121007164
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者周景锦, 张博天, 方世良, 李霞, 杨文 , 苏阳 申请人:东南大学