CN102164008B - 一种无控制信道的水下动态频谱接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无控制信道的水下动态频谱接入方法，利用水声信道可用频带窄、容易全频段监听的特点，收发双方通过当前的空闲信道来交换控制信息，并采用全频段监听的方法来确定本次通信所使用的信道，此外，本发明还利用一种快速识别发送给本节点的信令并进行信道估计的方法来检测信令和估计信道，以及一种随机重复发送的方法来保证信令的有效传输。本发明所提供的水下动态频谱接入方法无需专门设置控制信道进行通信协商即能动态地使用水下频谱资源，可以有效地提高水下频谱资源的利用率，减少收发双方接入信道的时间，避免因控制信道受干扰而引起的系统失效，从而显著地提高水声通信系统的通信速率、用户数和鲁棒性。

Description

一种无控制信道的水下动态频谱接入方法

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，具体涉及一种无控制信道的水下动态频谱接入方法。

背景技术

海洋覆盖了地球70%的面积，拥有极其丰富的资源，在陆地资源的利用日趋饱和的今天，海上资源的勘探、开发和利用已日益成为各个临海国家的重大战略之一。随着技术的发展和人类在水下活动的增加，对水声通信技术的需求也从早期的点对点水声通信更多地转到多用户、网络化的水声通信上。在水下组建声学通信网络，除了需要解决点对点的两个用户之间的通信问题外，还需要实现多个用户共享水介质信道时的信息交互，其中，如何合理地设计用户接入信道的方式是实现高效的水声通信网络的关键之一。

目前在水声通信网络中，用户的信道接入方式可以分为固定分配信道和竞争使用信道两种。固定分配信道的接入方式将整个通信的频谱资源按时间、频率或编码空间等划分为多个子信道，固定分配给节点单独使用，包括频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)、码分多址接入(CDMA)等。这种信道的接入方式可以有效地避免冲突的发生，但由于各子信道由不同的用户所独占，网络的扩展性差，同时即使在某用户不通信的情况下也不允许其他用户接入，造成了频谱资源的浪费，在可用带宽很窄的水声信道中显著地降低了系统的性能。在竞争使用信道的接入方式中，用户通过竞争获取信道的使用权，主要有ALOHA、CSMA、MACA、FAMA等几种。采用这种信道接入方式的网络适应性较好，但现有技术通常将整个信道同时给竞争胜出的用户使用，在高时延的水声信道中发生冲突时，将会令整个信道在冲突期间无法正常使用，同样造成了频谱资源的浪费，此外，也没考虑到水声信道的空-时-频率变化特性，难以合理地利用合适的频谱资源进行传输，同样令系统难以取得好的性能。

认知无线电技术是近年来陆上无线通信研究中提出的一种动态利用频谱资源的新技术，它的基本思想是让无线终端通过感知周围无线环境的历史和当前状况来调整自己的传输参数，动态地使用最合适的无线资源（包括频率、调制方式、发射功率等）来完成无线传输。与传统固定分配信道的接入方式相比，认知无线电技术能有效地提高频谱的利用率和公平性，与传统竞争使用信道的接入方式相比，可以将冲突限制在子信道范围，同时可以根据水声信道的空-时-频率变化特性，更高效地使用频谱资源，因此相关技术在水下通信网络中具有很大的发展潜力。

但由于水声信道与陆上无线电信道相比，具有频带窄、干扰和噪声大、时延长等特点，很多情况下陆地上的认知无线电技术难以直接应用到水下通信系统中，例如：在陆上无线通信中，认知用户的收发双方在接入信道的过程中通常需要通过一个公用信道来交换所选信道等控制信息，但在水声通信中，专门设置公用的控制信道则会带来以下的不足：（1）由于与陆上无线信道相比，水声信道中可用的频带要窄得多，因此采用专门的控制信道会占用有限的频谱资源，使水声信道的频谱资源更加紧张；（2）水声通信系统中，信号衰减很大程度上依赖于通信频率的高低，因此若在水下通信中采用控制信道，必须使用足够低的频率以满足网络中最远链路的可靠连接，而低频信道的传输速率低，控制信息在传输中容易发生冲突；（3）由于水声信道的时延远高于陆上无线信道，当控制信息在传输过程中发生差错或冲突时，重发所需的时间很长，降低了频谱接入的效率；（4）水声信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、有限频带、长时延、强多途干扰和高噪声的信道，固定设置的控制信道容易受到各种干扰的影响而失效，从而影响整个系统的正常运行。此外，由于水声信道的时延远大于陆上无线信道，因此水声信道接入时收发双方之间交互的信息应当尽可能少，不宜直接采用陆上无线通信中较为复杂的通信协商机制，以使通信双方能够尽快的接入信道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无控制信道的水下动态频谱接入方法。本发明所提供的水下动态频谱接入方法无需专门设置控制信道进行通信协商即能动态地使用水下频谱资源，可以有效地提高水下频谱资源的利用率，减少收发双方接入信道的时间，避免因控制信道受干扰而引起的系统失效，从而显著地提高水声通信系统的通信速率、用户数和鲁棒性。

本发明提供的无控制信道的水下动态频谱接入方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将水声信道中的可用频谱划分为若干通信信道；

步骤2：某一节点启动后，对所有通信信道进行监测，当检测到有节点A在某一空闲信道上向该节点发送请求通信信令时，转步骤3，当该节点需要发送信息到节点B时，转步骤6，否则则继续对所有信道进行监测。其中节点A和节点B为系统中除了本节点外的任意其他节点。

步骤3：继续监测其他空闲信道，并接收节点A在其他空闲信道传送过来的请求通信信令。当接收到节点A的请求通信信令的信道数达到或超过预先设定的数量，或接收节点A的请求通信信令的时间超过预先设定的时间，则在接收到节点A的请求通信信令的空闲信道中选择一条或多条作为与节点A进行通信的信道。

步骤4：用步骤3选出的信道向节点A发送预定次数的同意通信信令，并在步骤3选出的信道上等待接节点A发送过来的数据。如果超过预定时间未能接收到节点A发送过来的数据，则建立通信连接失败，返回步骤2；

步骤5：通过步骤3选出的信道接收节点A发送过来的数据，直至收到结束通信信令后，返回步骤2；

步骤6：在当前每条空闲信道上向节点B发送预定次数的请求通信信令。

步骤7：监测当前的空闲信道，当在未超过预定检测时限的时间内检测到某信道有节点B发送过来的同意通信信令，则将该信道设定为该次通信所使用的信道；如果超过预定检测时限的时间内未检测到节点B发送过来的同意通信信令，则建立通信连接失败，转步骤2；

步骤8：在预定的检测时限过后，通过所有设定为该次通信所使用的信道将数据发送到节点B；当本次通信的所有数据发送完毕后，向节点B发送结束通信信令，并转步骤2；

上述步骤2和3中，包括一种利用请求通信信令来快速检测发送给本节点的信令并进行信道估计的方法，步骤如下： 

步骤2.1a：为每个节点分配不同的信道训练序列；

步骤2.2a：当节点i向节点j发送请求通信信令时，在请求通信信令中加入节点j对应的训练序列，作为信令目的节点的标识，其中节点i和节点j为系统中任意两个不同的节点；

步骤2.3a：当某节点检测到某信道上有信令时，将本节点的标识与信令中的目的节点标识相比较，如果相似度超过预定阈值，则该信令是发送给本节点的信令；否则则不是发送给本节点的信令。

步骤2.4a：当检测到发送给本节点的信令后，利用信令中目的节点标识（即分配给本节点的训练序列）对该信令所在传输信道进行估计，获得信道的传输性能。

上述步骤3中，在接收到节点A的请求通信信令的空闲信道中选择信道容量最大的一条或多条作为与节点A进行通信的信道

上述步骤2.3a中，本节点的标识与信令中目的节点标识的比较采用匹配滤波或相关运算来完成。

上述步骤2和3中，通过信令中的源节点标识来识别信令的源节点；

上述步骤2和3中，当节点稀疏分布时，信令中不包含源节点标识，采用以下方法来识别信令的源节点：

步骤2.1b：通信前，先确定系统中其他节点的位置；

步骤2.2b：当接收到信令时，利用接收阵列估计信令的到达方向；

步骤2.3b：根据系统中其他节点的位置分布和信令的到达方向，确定信令的源节点。

上述步骤4中，为避免因上行和下行信道的不匹配而引起信令的丢失，采用时间反转镜技术向节点A发送同意通信信令，具体步骤如下：

步骤4.1：采用收发一体的阵列接收发送给本节点的请求通信信令波形并存储；

步骤4.2：将步骤4.1中存储的每个阵元接收到的请求通信信令波形进行时间上的反转；

步骤4.3：将步骤4.2中得到的时间反转信号使用相应的阵元同时向节点A发送；

上述步骤7中，如果节点B采用时间反转镜技术回复同意通信信令，则当检测到本节点所发送给节点B的请求通信信令的时反信号时，判断为接收到节点B回复的同意通信信令。

上述步骤6，为了减少冲突的几率，采用以下步骤：

步骤6.1：为当前所有的空闲信道各设置一个计数器并初始化；

步骤6.2：随机选择一条当前的空闲信道，如果该信道对应的计数器计数值未达到预定值，则通过该信道向节点B发送请求通信信令，并修改相应的计数器计数值；否则则再随机选择另一空闲信道；

步骤6.3：重复步骤6.2直至所有空闲信道对应的计数器均达到预设值。

本发明利用水声信道可用频带窄、容易全频段监听的特点，收发双方通过当前的空闲信道来交换控制信息，并采用全频段监听的方法来确定本次通信所使用的信道，此外，本发明还为步骤2和3中提供了一种快速识别发送给本节点的信令并进行信道估计的方法来检测信令和估计信道，以及一种随机重复发送的方法来保证信令的有效传输。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明中水声通信系统的各节点动态地使用可用频段中最合适的空闲信道进行通信，与传统固定分配信道的接入方式相比，能有效地提高频谱的利用率和公平性，与传统竞争使用信道的接入方式相比，可以将冲突限制在子信道范围，同时可以根据水声信道的空-时-频率变化特性，更高效地使用频谱资源。

2、本发明中收发双方通过当前的空闲信道来交换控制信息，无需专门设置控制信道进行通信协商，可以将宝贵的水下频谱资源尽可能地用于有效数据的通信，有效地提高了水下频谱资源的利用率，同时避免了因控制信道受干扰而引起的系统失效，增加了系统的鲁棒性。

3、本发明中的请求通信信令的设计方式可以快速完成信令的目的节点识别，同时还可以用来进行信道的估计，不但提高了信令检测速度，更好地适应全频段的信令监听，并且简化了通信协商的步骤，对于时延远大于陆上无线信道的水声信道来说，可以显著地提高通信的效率。采用时间反转镜技术发送同意通信信令，也有效地避免了因上行和下行信道的不匹配而引起信令的丢失。

4、本发明在发送请求通信信令时，采用随机选择信道重复发送信令的方法，可以更好地保证信令能通过空闲信道传送到目标节点，有助于更可靠地估计信道的真实状况，避免因控制信息在传输过程中发生差错或冲突时重发所需等待的时间。

附图说明

图1为本发明实施例的工作流程图。

图2为本发明实施例的四级反馈移位寄存器。

图3为本发明实施例的四级反馈移位寄存器产生的m序列。

图4为本发明实施例的稀疏节点分布示意图。

图5为本发明实施例的节点接收请求通信信令流程图。

图6为本发明实施例的时间反转镜工作流程图。

图7为本发明实施例的节点发送请求通信信令流程图。

图8为本发明实施例的节点接收同意通信信令流程图。

具体实施方式

下面结合实例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的实施例为一包含4个节点的水声通信网络，该系统采用频分复用的方式来划分水声信道，4个节点均可以一跳到达，每个节点具有2组收发一体的换能器阵列，可以全双工通信。系统可用通信带宽B=1.5kHz，最大多普勒频移B_Dmax=20Hz，最大延迟T_max=5ms，相邻载波频率间隔B_g大于多普勒频移取B_g=20Hz，相干带宽B_c=1/T_max=200Hz。为避免多普勒频移和多途延时的影响子载波带宽B_s应满足B_c >B_s >B_g ，取B_s=150Hz，则子载波数N=B/B_s=10。若根据传统的通信方法为每两个节点间静态分配2条信道（一条上行一条下行）另加一条控制信道则4个节点共需13条子信道，系统的子信道数显然不能满足要求，因此在上述实施例中，节点间的通信采用了本发明提供的无控制信道的动态频谱接入方法，根据当前信道的使用情况快速接入空闲信道，以提高频谱的利用率，实现各节点间的正常通信，其节点的工作流程图如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：将水声信道中的可用频谱划分为若干通信信道。上述实施例中，根据水声网络中延迟和多普勒的限制及影响，在满足通信质量情况下将可用的频谱1.5kHz按频分复用的方式划分为10条子信道。

步骤2：某一节点启动后，对所有通信信道进行监测，当检测到有节点A在某一空闲信道上向该节点发送请求通信信令时，转步骤3，当该节点需要发送信息到节点B时，转步骤6，否则则继续对所有信道进行监测。其中节点A和节点B为系统中除了本节点外的任意其他节点。

以本地节点为节点1为例，该节点启动后，用能量检测方法对各个信道的使用情况进行循环粗检测，当检测到的某一信道中能量低于预定的阈值时，认为该信道空闲，高于阈值则认为该信道被占用。当某一信道由空闲状态转变为非空闲状态时，则进一步检测是否有发送给本节点的请求通信信令，并在检测到发送给本节点的请求通信信令时，利用请求通信信令估计信道状况。

上述实施例中，采用以下方法来快速检测发送给本节点的信令并进行信道估计：

步骤2.1a：为每个节点分配不同的信道训练序列作为节点的标识。信道训练序列采用具有尖锐的自相关特性的m序列，节点的标识由4级反馈移位寄存器产生的m序列产生的一组伪随机序列构成。由于                                               

，则周期

，首先求本原多项式

。由

分解因式可得：

既约因子有5个，其中3个是4次的，可证明只有前两个是本原多项式。选用

作为反馈移位寄存器的特征方程，所形成的四级反馈移位寄存器结构如图2所示，产生的15位m序列如图3所示，从中选取节点的标识。在本实施例中，选取节点1的标识为“111101011001000” ，节点2的标识为“011110101100100” ，节点3的标识为“001111010110010” ，节点4的标识为“000111101011001” 。

步骤2.2a：当节点i向节点j发送请求通信信令时，在请求通信信令中加入节点j对应的训练序列，作为信令目的节点的标识，其中节点i和节点j为系统中任意两个不同的节点。上述实施例中，请求通信信令由信令标识码、目标节点标识和源节点标识构成，信令标识码用以区分信令帧和数据帧，例如，节点3向节点1发送的请求通信信令由信令标识码、节点3的地址码“001111010110010”和节点1地址码“111101011001000”构成。

步骤2.3a：当某节点检测到某信道上有信令时，将本节点的标识与信令中的目的节点标识相比较，如果相似度超过预定阈值，则该信令是发送给本节点的信令；否则则不是发送给本节点的信令。某信道上传输的是信令或数据可以通过信令标识码来判断，信令中目的节点的标识与本节点标识之间的相似度比较可以采用匹配滤波或相关来完成。当采用匹配滤波器来检测发送给本节点的信令时，匹配滤波器的冲激响应设置为

，其中

为本节点的标识（即训练序列）的波形信号，

为

持续的时间，如果匹配滤波器的输出超过预定的阈值，则判断该信令是发送给本节点的信令，否则则是发送给其他节点的信令。当采用相关运算来检测发送给本节点的信令时，输入信号与待检测信号的相关函数为，其中

为输入信号，

为本节点的标识（即训练序列）的波形信号，如果相关器的输出超过预定的阈值，则判断该信令是发送给本节点的信令，否则则是发送给其他节点的信令。

步骤2.4a：当检测到发送给本节点的信令后，利用信令中目的节点标识（即分配给本节点的训练序列）对该信令所在传输信道进行估计，获得信道的传输性能。

信令的源节点可以通过信令中的源节点标识来识别，将各节点的标识与信令中的源节点标识相比较，标识与信令中的源节点标识最为相似的节点即为信令的源节点。

在另一些实施例中，当节点稀疏分布、接收阵列能够分辨出不同节点的来波方向时，信令中不包含源节点标识，由请求通信信令由信令标识码和目标节点标识构成，信令源节点的识别采用以下步骤进行：

步骤2.1b：通信前，先确定系统中其他节点的位置。

步骤2.2b：当接收到信令时，利用接收阵列估计信令的到达方向。

步骤2.3b：根据系统中其他节点的位置分布和信令的到达方向，确定信令的源节点。

例如，图4所示的网络中，节点1可以根据节点2、节点3和节点4的位置，用信令的来波方向判断信令的源节点为节点2、节点3或节点4，其他节点也能实现相同的功能，因此各节点在发送信令中无需携带本节点的标识。

步骤3：继续监测其他空闲信道，并接收节点A在其他空闲信道传送过来的请求通信信令。当接收到节点A的请求通信信令的信道数达到或超过预先设定的数量，或接收节点A的请求通信信令的时间超过预先设定的时间，则在接收到节点A的请求通信信令的空闲信道中选择一条或多条作为与节点A进行通信的信道，其工作流程如图5所示。

假设节点1在某时刻检测到空闲信道为3个，分别记为a、b、c，节点1在步骤2中检测到节点3通过信道a向该节点发送了请求通信信令，则节点1接收该信令并存储，同时继续检测并接收信道b、c上由节点3发送过来的信令，信令检测的方法与步骤2相同。接收请求通信信令的信道数预设为3，接收请求通信信令的时间预设为T₁。在预设时间T₁内，若节点1接收到3个信道上发送的请求通信信令，则停止接收信令，并利用已接收的请求通信信令中的目的节点标识（即本节点的训练序列）对信道状况进行估计，获得信道的传输性能。在上述实施例中，选择信道容量最大的1条信道作为与节点3通信的信道，在另一些实施例中，还可以根据所需要的带宽选择2条及2条以上的信道作为与节点3进行通信的信道。若在预设时间T₁结束后，节点1收到少于3个信道上发送的请求通信信令，虽未达到信道数的预设值，仍停止接收并在已接收到请求通信信令的两个空闲信道中选择一条信道作为与节点3通信的信道。

步骤4：用步骤3选出的信道向节点A发送预定次数的同意通信信令，并在步骤3选出的信道上等待接节点A发送过来的数据。如果超过预定时间未能接收到节点A发送过来的数据，则建立通信连接失败，返回步骤2； 

上述实施例中，预设同意通信信令重复传输的次数为3，等待时间为T₂，假设步骤3选取的最优信道为信道b，则节点1在信道b上向节点3重复发送3次同意通信信令，然后等待节点3发送的数据，当等待时间超过T₂时仍未收到数据，则建立通信失败，返回步骤2。

为避免因上行和下行信道的不匹配而引起信令的丢失，上述实施例采用时间反转镜技术向节点3发送同意通信信令，其工作流程如图6所示，步骤如下：

步骤4.1：采用收发一体的阵列接收发送给本节点的请求通信信令波形并存储。节点3发出的请求通信信令声信号，经过信道传输达到节点1的换能器收发阵列，换能器收发阵列的各个阵元分别接收声信号并将其转换成电信号记录下来。

步骤4.2：将步骤4.1中存储的每个阵元接收到的请求通信信令波形进行时间上的反转。

步骤4.3：将步骤4.2中得到的时间反转信号使用相应的阵元同时向节点A发送。时间反转后的多路电信号转换成声信号，用相应的换能器进行发送，则这些发射的声信号会在声源处形成会聚，从而消除介质不均匀性所造成的失真现象。

步骤5：通过步骤3选出的信道接收节点A发送过来的数据，直至收到结束通信信令后，返回步骤2。

节点1在时间T₂内收到信道b上节点3发送过来的数据，则通信连接成功，节点1通过信道b接收节点3发送过来的数据，直至检测到节点3发送的结束通信信令后，结束本次通信，回到步骤2。

步骤6：在当前每条空闲信道上向节点B发送预定次数的请求通信信令。

假设节点1需要向节点2发送数据，则首先在空闲的a、b、c信道上向节点2随机重复发送预设次数的请求通信信令。为了更好地保证信令能通过空闲信道传送到目标节点，减少与其他节点发送的信令发生冲突的概率，请求通信信令的发送采用以下步骤进行，工作流程如图7所示：

步骤6.1：为当前所有的空闲信道各设置一个计数器并初始化；

步骤6.2：随机选择一条当前的空闲信道，如果该信道对应的计数器计数值未达到预定值，则通过该信道向节点B发送请求通信信令，并修改相应的计数器计数值；否则则再随机选择另一空闲信道；

步骤6.3：重复步骤6.2直至所有空闲信道对应的计数器均达到预设值。

上述实施例中，设置计数器初始值为0，预设值为3。节点1随机选择空闲信道a传输请求通信信令，如果计数器为0未达到预设值3，因此可以在该信道上传输信令，并将a信道对应的计数器加1，然后随机选择下一个空闲信道；如果a的使用次数为3次，b和c的使用次数少于3次，则当节点1再选择信道a发送信令时，由于其计数器达到预设值而不能再次使用，因此随机选择其他的两个空闲信道b或c传输。直到a、b、c三个信道计数器均达到预设值3，停止发送请求通信信令并等待。这种方法避免重复使用同一信道，使信道的选择具有随机性，能有效减少与其他节点发送的信令发生冲突的概率，保证请求通信信令能有效地发送到目标节点。

步骤7：监测当前的空闲信道，当在未超过预定检测时限的时间内检测到某信道有节点B发送过来的同意通信信令，则将该信道设定为该次通信所使用的信道；如果超过预定检测时限的时间内未检测到节点B发送过来的同意通信信令，则建立通信连接失败，转步骤2，具体工作流程如图8所示。

上述实施例中，接收同意通信信令的等待时间设为T₃，节点2采用步骤3中所述的方法选择信道，假设c为最优通信信道，则通过信道c采用时间反转镜的方法向节点1发送同意通信信令。若节点1在T₃时间内在信道c上收到节点2发送的同意通信信令，则将信道c设定为本次数据传输所使用的信道；若超过时间T₃未收到节点2的同意通信信令，则建立通信连接失败，返回步骤2。由于节点2采用了时间反转镜的方法来发送同意通信信令，因此节点1在检测到本节点所发送给节点2的请求通信信令的时反信号时，判断为接收到节点2回复的同意通信信令。

步骤8：在预定的检测时限过后，通过所有设定为该次通信所使用的信道将数据发送到节点B；当本次通信的所有数据发送完毕后，向节点B发送结束通信信令，并转步骤2；

上述实施例中，节点1在 T₃时间结束后，在信道c上开始数据传输，当数据传输完毕，节点1向节点2发送结束通信信令，并转到步骤2。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的应用绝不仅限于实例中的通信节点及信道数量。同时，本发明的保护范围并不局限于此，应以权力要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将水声信道中的可用频谱划分为若干通信信道；

步骤2：某一节点启动后，对所有通信信道进行监测，当检测到有节点A在某一空闲信道上向所述某一节点发送请求通信信令时，转步骤3，当所述某一节点需要发送信息到节点B时，转步骤6，否则则继续对所有信道进行监测，其中节点A和节点B为水声通信系统中除了所述某一节点外的任意其他节点；

步骤3：继续监测其他空闲信道，并接收节点A在其他空闲信道传送过来的请求通信信令；当接收到节点A的请求通信信令的信道数达到或超过预先设定的数量，或接收节点A的请求通信信令的时间超过预先设定的时间，则在接收到节点A的请求通信信令的空闲信道中选择一条或多条作为与节点A进行通信的信道；

步骤4：用步骤3选出的信道向节点A发送预定次数的同意通信信令，并在步骤3选出的信道上等待接收节点A发送过来的数据，如果超过预定时间未能接收到节点A发送过来的数据，则建立通信连接失败，返回步骤2；

步骤5：通过步骤3选出的信道接收节点A发送过来的数据，直至收到结束通信信令后，返回步骤2；

步骤6：在当前每条空闲信道上向节点B发送预定次数的请求通信信令；

步骤7：监测当前的空闲信道，当在未超过预定检测时限的时间内检测到某信道有节点B发送过来的同意通信信令，则将该信道设定为该次通信所使用的信道；如果超过预定检测时限的时间内未检测到节点B发送过来的同意通信信令，则建立通信连接失败，转步骤2；

步骤8：在步骤7所述预定检测时限过后，通过所有设定为该次通信所使用的信道将数据发送到节点B；当本次通信的所有数据发送完毕后，向节点B发送结束通信信令，并转步骤2。

2.根据权利要求1所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于步骤2和步骤3中利用请求通信信令来快速检测发送给本节点的信令并进行信道估计，具体包括如下步骤： 

步骤2.1a：为每个节点分配不同的信道训练序列；

步骤2.2a：当节点i向节点j发送请求通信信令时，在请求通信信令中加入节点j对应的训练序列，作为信令目的节点的标识，其中节点i和节点j为系统中任意两个不同的节点；

步骤2.3a：当某节点检测到某信道上有信令时，将本节点的标识与信令中的目的节点标识相比较，如果相似度超过预定阈值，则该信令是发送给本节点的信令；否则则不是发送给本节点的信令；

步骤2.4a：当检测到发送给本节点的信令后，利用信令中目的节点标识即分配给本节点的训练序列对该信令所在传输信道进行估计，获得信道的传输性能。

3.根据权利要求2所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于述步骤2.3a中，本节点的标识与信令中目的节点标识的比较采用匹配滤波或相关运算来完成。

4.根据权利要求1所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于步骤2和3中，通过信令中的源节点标识来识别信令的源节点。

5.根据权利要求1所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于步骤2和3中，当节点稀疏分布时，信令中不包含源节点标识，采用以下方法来识别信令的源节点：

步骤2.1b：通信前，先确定系统中其他节点的位置；

步骤2.2b：当接收到信令时，利用接收阵列估计信令的到达方向；

步骤2.3b：根据系统中其他节点的位置分布和信令的到达方向，确定信令的源节点。

6.根据权利要求1所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于步骤3中，在接收到节点A的请求通信信令的空闲信道中选择信道容量最大的一条或多条作为与节点A进行通信的信道。

7.根据权利要求1所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于步骤4中，为避免因上行和下行信道的不匹配而引起信令的丢失，采用时间反转镜技术向节点A发送同意通信信令，具体步骤如下：

步骤4.1：采用收发一体的换能器阵列接收发送给本节点的请求通信信令波形并存储；

步骤4.2：将步骤4.1中存储的每个阵元接收到的请求通信信令波形进行时间上的反转；

步骤4.3：将步骤4.2中得到的时间反转信号使用相应的阵元同时向节点A发送。

8.根据权利要求1所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于上述步骤7中，如果节点B采用时间反转镜技术回复同意通信信令，则当检测到本节点所发送给节点B的请求通信信令的时反信号时，判断为接收到节点B回复的同意通信信令。

9.根据权利要求1～8任一项所述的无控制信道的水下动态频谱接入方法，其特征在于步骤6中，为了减少冲突的几率，采用以下步骤：

步骤6.1：为当前所有的空闲信道各设置一个计数器并初始化；

步骤6.2：随机选择一条当前的空闲信道，如果该信道对应的计数器计数值未达到预定值，则通过该信道向节点B发送请求通信信令，并修改相应的计数器计数值；否则则再随机选择另一空闲信道；

步骤6.3：重复步骤6.2直至所有空闲信道对应的计数器均达到预设值。

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