CN103475426A - 一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统，所述方法包含：步骤101）源节点和目的节点之间采用多个RTS和多个CTS来探测信道的衰减情况，找出最接近信道情况的最小发射功率；步骤102）源节点以最小发射功率向目的节点发射数据包。所述步骤101）包含：假设RTS、CTS和ACK信号的持续时间均为T_ctrl，DATA信号的持续时间为T_data：步骤101-1）源节点先发送RTS探测序列，所述RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成；步骤101-2）目的节点接收RTS探测序列，并记录其正确接收到的第一个RTS的功率级别，然后发送CTS探测序列；步骤101-3）源节点接收CTS序列，并记录其正确接收到的第一个CTS的功率级别，源节点以该功率向目的节点发送数据帧。

Description

一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统

技术领域

本发明属于水声网络领域。本发明设计了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，该方法针对水声信道传播损失随距离增加而平方增大和信道起伏的特点，使用多个不同发射功率的RTS和CTS，来确定数据包的有效发射功率。本发明主要应用于水声网络领域，具体本发明提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统。

背景技术

海洋面积占地球面积的70%以上，水声网络是有效的海洋探测手段，它在海洋测量、资源勘探、灾害预报以及军事等方面具有广阔的应用前景。由于水声网络一般肩负着较长时间的海洋监测任务，因此需要达到能量的有效使用，减少能量的浪费。由于水声信号随距离增加而迅速衰减，因此不同距离上的节点间通信应该采用不同的发射功率以尽可能的节约能量，而当前的水声网络协议设计中，一般节点的发射功率都设置为最大发射功率，这就大大增加了能量的消耗。

目前的研究中，多采用接收信号的信噪比估计来决定发射功率，这种方法利用了信道的对称性，但是依赖于物理层功能，而且不能很好的把发射功率和数据实际接收情况关联起来。

在MACAW协议中，每次数据通信之前都要进行一次RTS/CTS交互，与无线网络不同，由于水声传播速度很慢，当距离尺度较大时，决定通信效率的主要因素是节点间的距离，而受RTS、CTS的时间长度影响较小，因此我们可以采用多个RTS和多个CTS来探测信道的衰减情况，找出最接近信道情况的最小发射功率，然后以最小发射功率来发射数据包，这样虽然RTS、CTS的能量消耗增加，但是由于RTS、CTS的长度一般远远小于DATA的长度，因此能减少总体的能量消耗，延长了节点的生存时间。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明针对水声信道衰减快、起伏严重的特点，设计了一种自适应功率控制方法，即本发明提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，该方法基于MACAW协议，其特征在于，所述方法包含：

步骤101）源节点和目的节点之间采用多个RTS和多个CTS来探测信道的衰减情况，找出最接近信道情况的最小发射功率；

步骤102）然后源节点以最小发射功率向目的节点发射数据包。

上述技术方案中，所述步骤101）进一步包含如下子步骤：

假设RTS、CTS和ACK信号的持续时间均为T_ctrl，DATA信号的持续时间为T_data：其中，上述各信号的持续时间值由实际采用的信号的比特长度和信号的通信速率决定，而信号的比特长度和信号的通信速率是预置的。

步骤101-1）源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，所述RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，其中每个RTS的功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n    (1)

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

步骤101-2）目的节点接收RTS探测序列，并记录其正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，所述CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，其中每个CTS的功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m    (2)

其中，P_cts(i,N)表示CTS探测序列中第i个CTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

步骤101-3）源节点接收CTS序列，并记录其正确接收到的第一个CTS的功率级别P_cts(M)，源节点以该功率向目的节点发送数据帧。

上述技术方案中，所述步骤101-3）之后还包含：

目的节点接收到DATA帧后，以最大功率P_max向源节点发送ACK帧。

优化的，所述m和n取值为：

$\left\{\begin{array}{c}{m}^4+L{m}^3-\mathrm{\λ}{L}^2=0\\ n=\frac{L}{m^2}\end{array}\right.$

其中， $\mathrm{\λ}=\frac{P_{\max }+P_{\min }}{P_{\max }-P_{\min }},$ $L=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{ctrl}}}.$

进一步优化的，所述RTS、CTS帧格式分别如下：

表1 RTS帧格式

表2 CTS帧格式

基于上述方法本发明还提供了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制系统，该系统基于MACAW协议，其特征在于，所述系统包含设置于各个节点上的：

RTS探测序列发射模块，用于向目的节点发送RTS探测序列；

CTS探测序列发射模块，用于向源节点发送CTS探测序列；

第一记录模块，用于记录正确接收到的第一个RTS的功率级别；

第一处理模块，用于依据正确接收到的第一个RTS的功率级别计算CTS探测序列包含的每个CTS信号的发射功率级别；

第二记录模块，用于记录正确接收到的第一个CTS信号的功率级别；

最小发射功率输出模块，用于将所述第一个CTS信号的功率级别作为源节点向目的节点发送数据的最小发射功率值；

其中，所述各个节点能过作为源节点也能作为目的节点。

上述技术方案中，所述第一处理模块采用如下策略确定CTS信号的发射功率：

假设RTS、CTS、ACK的信号持续时间为T_ctrl，DATA的信号持续时间为T_data；

位于源节点的RTS探测序列发子送模块，用于源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n    (3)

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

目的节点接收到RTS后，记录正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，每个CTS信号的功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m    (4)

其中，P_cts(i,N)表示CTS探测序列中第i个CTS的发射功率。

上述技术方案中，所述节点还包含：

确认信息回馈模块，用于接收到DATA帧后，以最大功率向源节点发送ACK帧。

优化的，所述m和n取值为：

$\left\{\begin{array}{c}{m}^4+L{m}^3-\mathrm{\λ}{L}^2=0\\ n=\frac{L}{m^2}\end{array}\right.$

，其中 $\mathrm{\λ}=\frac{P_{\max }+P_{\min }}{P_{\max }-P_{\min }},$ $L=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{ctrl}}}.$

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

本发明公开了一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，该方法针对水声信道传播损失随距离增加而平方增大和信道起伏的特点，使用多个不同发射功率的RTS和CTS，来确定数据包的有效发射功率。本发明主要应用于水声网络领域，可以在传播损失严重的水声环境中进行有效的功率控制，达到节省能量的目的。

附图说明

图1为现有技术的MACAW协议工作流程示意图；

图2为本发明的带自适应功率控制后的MACAW协议工作流程示意图；

图3为本发明的不同L取值下的最优n理论取值和仿真值；

图4为本发明的不同L取值下的最优m理论取值和仿真值；

图5为本发明的不同数据包长度下的m*n最优值；

图6为本发明的不同数据包长度下的能量效率；

图7为本发明实施例的发射功率跟踪结果(n=2，m=3）；

图8为本发明的不同m、n下的负载吞吐量；

图9为本发明的不同m、n下的负载每比特能量消耗。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。

本发明的基本构思是：传统的MACAW协议中，无论通信节点对的距离远近，都采用最大功率发射。但是由于水声信道传播损失随距离增加而迅速增大，因此单纯采用最大功率发射极大的浪费了节点的能量。由于MACAW协议中，RTS、CTS的长度一般远小于DATA帧的长度，因此本发明的技术方案采用n个RTS探测序列来初步确定信道的传播损失范围，然后再采用m个CTS探测序列来二次查找最接近最优发射功率的发射功率值。采用探测序列的自适应功率控制方法，实现过程简单，而且能够有效规避信道起伏造成的发射功率难以计算的问题。

具体的说本发明的技术方案利用多个不同功率的RTS和CTS交互来确定发射功率，然后根据RTS和CTS的接收情况来确定DATA帧的发射功率。

由被动声纳方程知，如果要成功接收信号，接收处的信号强度需要满足下式：

SL-NL-TL(r)≥DT    (5)

其中SL为通信机发射声源级，DT接收端检测阈值，TL为传播损失，环境噪声级为NL。则接收端正确接收，则发射声源级需满足：

SL≥TL(r)+NL+DT    (6)

功率控制的目的就是计算出TL(r)+NL+DT。由于NL和DT一般是固定的，因此主要是求传播损失TL(r)。

水声信道的传播损失可以表示为如下公式：

TL(r)＝βlgr+αr+Δtl    (7)

其中，β为扩展损失系数，由于通信距离不远，这里按球面扩展计算，β=20，α为吸收系数，由信号频率决定，经验公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{0.11f^2}{1+f^2}+\frac{44f^2}{4100+f^2}+2.75\×{10}^{-4}{f}^2+0.003---\left(8\right)$

Δtl为信道起伏引起的衰减波动。

由公式可以看出，水声信道的传播衰减由三部分构成，前两个部分可由距离和信号频率计算得出，而信道起伏则无法计算。因此，发射功率SL是很难由模型计算得出精确的结果。

MACAW协议中，节点进行通信前，需要进行RTS/CTS握手(如附图1)，通过RTS/CTS握手，可以确定节点间的距离，进而计算传播损失，但是由于传播损失中有信道起伏的影响，因此由计算的结果很可能误差较大而导致数据发送失败，违反了节约能量的本意。为此，我们设计了一种基于探测序列的功率控制方法。该方法流程如下，其改进的MACAW协议的示意图如图2所示：

假设RTS、CTS、ACK的信号持续时间为T_ctrl，DATA的信号持续时间为T_data。

（1）源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n    (9)

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率。

（2）目的节点接收到RTS后，记录正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m    (10)

其中，P_cts(i,N)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max和P_min的定义如1中所述。

(1)源节点接收CTS，记录正确接收到的第一个CTS的功率级别P_cts(M)，并以该功率发送数据帧。

（3）目的节点接收到DATA帧后，以最大功率P_max发送ACK帧。

由于RTS和CTS都是等功率差间隔的，因此，整个发射功率范围被分为m*n个发射级。最终误差范围在(P_max-P_min)/mn之内。

假设节点等概率的分布在各个范围之内，即在每个功率范围之内的概率都是1/mn；则RTS探测序列的期望消耗能量为：

$E_{\mathrm{rts}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{rts}}\left(i\right)T_{\mathrm{ctrl}}=(n{P}_{\min }+\frac{(P_{\max }-P_{\min })(n+1)}{2})T_{\mathrm{ctrl}}---\left(11\right)$

CTS探测序列的期望消耗能量为：

$E_{\mathrm{rts}}=\frac{1}{n}\underset{N=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{cts}}(i,N)T_{\mathrm{ctrl}}=(m{P}_{\min }+\frac{\mathrm{mn}+1}{2n}(P_{\max }-P_{\min }))T_{\mathrm{ctrl}}---\left(12\right)$

DATA的期望消耗能量为：

$E_{\mathrm{data}}=\frac{1}{\mathrm{mn}}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{data}}\left(i\right)T_{\mathrm{data}}=(P_{\min }+\frac{(P_{\max }-P_{\min })(\mathrm{mn}+1)}{2\mathrm{mn}})T_{\mathrm{data}}---\left(13\right)$

ACK的期望消耗能量为：

E_rts=P_ackT_ctrl=P_maxT_ctrl    (14)

未进行功率控制时，一次完整的数据发送消耗的能量为：

E_{all_inia}=P_max(3T_ctrl+T_data)    (15)

则能量消耗之比为：

$\mathrm{\η}=\frac{E_{\mathrm{rts}}+E_{\mathrm{cts}}+E_{\mathrm{data}}+E_{\mathrm{ack}}}{E_{\mathrm{all}\_\mathrm{inia}}}$

$=\frac{\frac{\mathrm{mn}+n^2-n-1}{2n}{P}_{\min }+\frac{\mathrm{mn}+n^2+3n+1}{2n}{P}_{\max }+[P_{\min }+\frac{\mathrm{mn}+1}{2\mathrm{mn}}(P_{\max }-P_{\min })]\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{ctrl}}}}{P_{\max }(3+T_{\mathrm{data}}/T_{\mathrm{ctrl}})}---\left(16\right)$

由上式可以看出，能量消耗之比与m、n、最小发射功率、最大发射功率和DATA与控制包的比值有关，由于最小发射功率、最大发射功率以及DATA与控制包的比值是固定的，因此影响效率的主要因素是m和n的取值。当m=1，n=1时，相当于无功率控制，随着m、n增大，由于数据包的能量消耗大大减少，因此总能耗减少，但是当m、n很大时，虽然数据包能耗减少，但是RTS、CTS过多导致控制包能量消耗增加最终抵消了数据包减少的能量消耗，因此m、n不能过大，也不能过小。为了求出m、n的最优值，分别对m、n求偏导，得：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\∂\mathrm{\η}}{\∂m}=\frac{1}{2}{P}_{\min }+\frac{1}{2}{P}_{\max }-\frac{L}{2m^{2}n}(P_{\max }-P_{\min })=0\\ \frac{\∂\mathrm{\η}}{\∂m}=(\frac{1}{2}+\frac{1}{2n^2})P_{\min }+(\frac{1}{2}-\frac{1}{2n^2})P_{\max }-\frac{L}{2m{n}^2}(P_{\max }-P_{\min })=0\end{array}\right.---\left(17\right)$

化简后得：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{L}{m^{2}n}=\frac{P_{\max }+P_{\min }}{P_{\max }-P_{\min }}\\ \frac{L}{m{n}^2}+\frac{1}{n^2}=\frac{P_{\max }+P_{\min }}{P_{\max }-P_{\min }}\end{array}\right.---\left(18\right)$

用m表示n后得：

$\left\{\begin{array}{c}{m}^4+L{m}^3-\mathrm{\λ}{L}^2=0\\ n=\frac{L}{m^2}\end{array}\right.---\left(19\right)$

由上式可知：m、n的取值主要受λ、L影响，其中

为了进行自适应功率控制，需要对RTS、CTS帧格式进行修改，修改后的RTS、CTS帧格式如下：

表1 RTS帧格式

表2 CTS帧格式

假设通信距离为D，则原MACAW协议的通信效率为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{MACAW}}=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{data}}+T_{\mathrm{ctrl}}+4D/c}---\left(20\right)$

进行自适应功率控制后，通信效率为：

${\mathrm{\η}}_{m\_\mathrm{MACAW}}=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{data}}+(m+n+1)T_{\mathrm{ctrl}}+4D/c}---\left(21\right)$

由上式看出，当T_ctrl＜＜T_data，T_ctrl＜＜D/c时，通信效率变化很小。

图3-5对不同L取值下的m、n及m*n的值进行了仿真分析，从图中可以看出，理论值和仿真值存在误差，这是因为理论值可能是非整数，而实际中m、n的取值一定是正整数。从图6可以看出，虽然实际值与理论值存在误差，但是实际的能量节省效果二者相差很小。图7为采用本发明的发射功率跟踪结果(n=2，m=3），从图中可以看出，采用本方法可以有效地适应信道变化引起的发射功率变化。

m、n的取值不仅会影响能量节省效果，也会影响协议的吞吐量性能，图8在NS2中对不同m、n取值下的协议吞吐量进行了仿真，从仿真结果可以看出，相比原MACAW协议，本方法的吞吐量略有下降，同时RTS的数目对协议吞吐量的影响更大，m*n的值相同时，较小的m值和较大的n值得组合能获得更高的吞吐量。图9对在NS2环境中对不同m、n取值下的每比特能量消耗进行了仿真，从图中可以看出，采用本方法可以有效减少能量消耗。负载较重时，较小的n可以节省更多的能量。这是因为负载较重时，RTS的冲突加重，而CTS的冲突情况较少，因此RTS会消耗更多的能量。在n相同的情况下，较大的m由于提高了功率控制精度，因此每比特能量消耗更少。

实施例

本发明提出了一种基于MACAW协议的自适应功率控制方法，包括如下步骤：

假设RTS、CTS、ACK的信号持续时间为T_ctrl，DATA的信号持续时间为T_data。

(1)源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率。

(2)目的节点接收到RTS后，记录正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m

其中，P_cts(i,N)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max和P_min的定义如1中所述。

(3)源节点接收CTS，记录正确接收到的第一个CTS的功率级别P_cts(M)，并以该功率发送数据帧。

目的节点接收到DATA帧后，以最大功率P_max发送ACK帧。

测试例：

仿真环境：P_max=10w，P_min=1w，通信速率R=2000bps，控制包数据包长度为10字节，数据包长度为500字节。假设最优发射功率P=6.1w。

(1)计算最优m、n值，由方程组可得：m=3.5996，n=3.8588。由于m、n必须为正整数，因此取m=4，n=3。

(2)发送RTS序列RTS{1,2,3}，功率分别为4w，7w，10w。

(3)接收方接收到的第一个RTS为RTS{2}，功率为7w。

(4)接收方发送CTS序列CTS{1，2，3，4}，功率分别为4.75w，5.5w，6.25w，7w。

(5)发送方接收到的第一个CTS为CTS{3}，功率为6.25w。

(6)发送方以6.25w功率发送DATA帧。

(7)接收方收到DATA帧后，以10w功率发送ACK。

则如果不采用功率控制，则本次数据发送消耗的能量为：

E=10*(3*10*8+500*8)/2000=21.2(J)

采用功率控制后，本次数据发送消耗的能量为：

E=（4+7+10+4.75+5.5+6.25+7+10）*80/2000+

6.25*500*8/2000=2.18+12.5=14.68(J)

可见，采用功率控制后，可以明显减少总能量消耗。

说明文档中的其他内容针对本专业领域内的普通技术人员，均可进行技术实现，这里不再赘述。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，该方法基于MACAW协议，其特征在于，所述方法包含：

步骤101）源节点和目的节点之间采用多个RTS和多个CTS来探测信道的衰减情况，找出最接近信道情况的最小发射功率；

步骤102）然后源节点以最小发射功率向目的节点发射数据包。

2.根据权利要求1所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，其特征在于，所述步骤101）进一步包含如下子步骤：

假设RTS、CTS和ACK信号的持续时间均为T_ctrl，DATA信号的持续时间为T_data：

步骤101-1）源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，所述RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，其中每个RTS的功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n    (1)

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

步骤101-2）目的节点接收RTS探测序列，并记录其正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，所述CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，其中每个CTS的功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m    (2)

其中，P_cts(i,N)表示CTS探测序列中第i个CTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

步骤101-3）源节点接收CTS序列，并记录其正确接收到的第一个CTS的功率级别P_cts(M)，源节点以该功率向目的节点发送数据帧。

3.根据权利要求2所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，其特征在于，所述步骤101-3）之后还包含：

目的节点接收到DATA帧后，以最大功率P_max向源节点发送ACK帧。

4.根据权利要求2所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，其特征在于，所述m和n取值为：

$\left\{\begin{array}{c}{m}^4+L{m}^3-\mathrm{\λ}{L}^2=0\\ n=\frac{L}{m^2}\end{array}\right.$

其中， $\mathrm{\λ}=\frac{P_{\max }+P_{\min }}{P_{\max }-P_{\min }},$ $L=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{ctrl}}}.$

5.根据权利要求2所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，其特征在于，所述RTS、CTS帧格式分别如下：

表1 RTS帧格式

表2 CTS帧格式

6.一种适用于水声通信网络的自适应功率控制系统，该系统基于MACAW协议，其特征在于，所述系统包含设置于各个节点上的：

RTS探测序列发射模块，用于向目的节点发送RTS探测序列；

CTS探测序列发射模块，用于向源节点发送CTS探测序列；

第一记录模块，用于记录正确接收到的第一个RTS的功率级别；

第一处理模块，用于依据正确接收到的第一个RTS的功率级别计算CTS探测序列包含的每个CTS信号的发射功率级别；

第二记录模块，用于记录正确接收到的第一个CTS信号的功率级别；

最小发射功率输出模块，用于将所述第一个CTS信号的功率级别作为源节点向目的节点发送数据的最小发射功率值；

其中，所述各个节点能过作为源节点也能作为目的节点。

7.根据权利要求6所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制系统，其特征在于，所述第一处理模块采用如下策略确定CTS信号的发射功率：

假设RTS、CTS、ACK的信号持续时间为T_ctrl，DATA的信号持续时间为T_data；

位于源节点的RTS探测序列发子送模块，用于源节点发送数据前，先发送RTS探测序列，RTS探测序列由n个不同发射功率的RTS组成，功率表达式如下：

P_rts(i)=P_min+(P_max-P_min)*i/n;1≤i≤n    (3)

其中，P_rts(i)表示RTS探测序列中第i个RTS的发射功率，P_max表示协议预设置的最大发射功率，P_min表示协议预设置的最小发射功率；

目的节点接收到RTS后，记录正确接收到的第一个RTS的功率级别P_rts(N)，然后发送m个CTS探测序列，CTS探测序列由m个不同发射功率的CTS组成，每个CTS信号的功率表达式如下：

P_cts(i,N)=P_rts(N-1)+(P_rts(N)-P_rts(N-1))*i/m;1≤i≤m    (4)

其中，P_cts(i,N)表示CTS探测序列中第i个CTS的发射功率。

8.根据权利要求9所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制系统，其特征在于，所述节点还包含：

确认信息回馈模块，用于接收到DATA帧后，以最大功率向源节点发送ACK帧。

9.根据权利要求7所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制系统，其特征在于，所述m和n取值为：

$\left\{\begin{array}{c}{m}^4+L{m}^3-\mathrm{\λ}{L}^2=0\\ n=\frac{L}{m^2}\end{array}\right.$

，其中 $\mathrm{\λ}=\frac{P_{\max }+P_{\min }}{P_{\max }-P_{\min }},$ $L=\frac{T_{\mathrm{data}}}{T_{\mathrm{ctrl}}}.$

10.根据权利要求7所述的适用于水声通信网络的自适应功率控制方法，其特征在于，所述RTS、CTS帧格式分别如下：

表1 RTS帧格式

表2 CTS帧格式

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