CN109861919B - 一种水下多信道mac协议可用信道判定方法 - Google Patents

一种水下多信道mac协议可用信道判定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109861919B
CN109861919B CN201811418396.6A CN201811418396A CN109861919B CN 109861919 B CN109861919 B CN 109861919B CN 201811418396 A CN201811418396 A CN 201811418396A CN 109861919 B CN109861919 B CN 109861919B
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
time
available
data
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811418396.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109861919A (zh
Inventor
冯晓宁
冯润霄
王卓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201811418396.6A priority Critical patent/CN109861919B/zh
Publication of CN109861919A publication Critical patent/CN109861919A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109861919B publication Critical patent/CN109861919B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明提供一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法，发送节点计算发送数据包时间；发送节点根据信道使用表将可用时间与数据包发送时间不冲突的信道判定为可用数据信道；发送节点发送RTS包通知接收节点发送数据包时间和可用数据信道；接收节点根据信道使用表和RTS包确定通信双方可用数据信道；本发明通过控制信道和数据信道传输的并发性，提前了被占用数据信道重新可用的时间，提高了信道利用率，同时减少了通信双方因异构碰撞区域而无可用信道问题，降低了端到端时延，增加了网络吞吐量。

Description

一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法
技术领域
本发明涉及一种可用信道判定方法，尤其涉及一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法，属于水下多信道MAC协议技术领域。
背景技术
海洋对人类的生存繁衍和社会的持续发展起重要支持作用，世界各国都高度关注海洋权益，这促成了海洋科技研究的热潮。在新兴的海洋科技领域中，水声传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks,UASNs)因近年来应用于国防安全、水体污染监控、海洋灾难预防和水下资源勘探等方面而受到广泛关注。由于水下声学信道传播时延大，可用带宽严重受限且误码率高，组网技术是水声传感器网络的重要研究方向之一，其中一项重要研究内容是设计合理的MAC协议，使所有节点可以高效公平地使用信道资源、降低端到端时延、减少碰撞。
由于水下正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的研制成功，使得水下多信道通信成为现实。在水下环境中，与单信道机制相比，多信道机制可以获得更高的吞吐量以及信道利用率。
但在现有基于协作的水下多信道MAC协议中，节点根据信道使用表中记录完成数据包接收的时间与当前时间判定信道是否可用，没有考虑通信双方协商阶段完成前均在控制信道，在转入数据信道前完成传输任务的信道均可使用，使得可用信道较少。一方面降低了信道利用率；另一方面由于节点的异构冲突域，较少的可用信道提高通信双方不存在共同可用信道的概率，增加了端到端时延，降低了网络吞吐量。
发明内容
本发明的目的是为了提高信道利用率，降低通信双方没有共同可用信道的概率，降低端到端时延，增加网络的吞吐量而提供一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法，包括如下步骤：
(1)发送节点有数据包待发送时，根据自身与接收节点间的传播时延、所有控制包的发送时延和接收节点与其最远邻居节点间的传播时延计算该数据包的发送时间；
(2)发送节点根据信道使用表计算所有数据信道可用时间，并结合步骤(1)的结果确定可用信道；
(3)发送节点通过广播RTS包通知接收节点发送数据包时间和可用数据信道；
(4)接收节点根据RTS包中数据包发送时间确定接收数据包时间，并根据信道使用表计算RTS包中数据信道可用时间，将可用时间与接收数据包时间无冲突的数据信道判定为通信双方的可用信道。
本发明还包括这样一些特征：
所述步骤(1)中发送节点计算发送数据包时间tsd的公式：
Figure BDA0001880015060000021
1.其中
Figure BDA0001880015060000022
为发送节点与接收节点间传播时延，
Figure BDA0001880015060000023
为接收节点与其最远邻居节点间传播时延，
Figure BDA0001880015060000027
为所有控制包的发送时延，tnow为当前时刻；
2.所述步骤(2)中空闲数据信道直接确认为可用信道；
3.所述步骤(2)中对于信道使用表中的数据信道，若数据信道可用时间与公式(1)所得tsd无冲突，该数据信道被确认为可用信道；
4.所述数据信道可用时间tcu，公式为：
Figure BDA0001880015060000025
其中tdf为信道使用表记录中完成数据包接收的时间，
Figure BDA0001880015060000028
为发送节点和信道使用表记录中接收节点间传播时延。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过利用控制信道和数据信道传输的并发性，提前了被占用数据信道重新可用时间，提高了信道利用率，同时减少了通信双方因异构碰撞区域而无可用信道问题，降低了端到端时延，增加了网络吞吐量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的网络示意图；
图2是本发明可用信道判定方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明实施例的网络示意图，图2为本发明可用信道判定方法的流程图，结合上述示意图和流程图，本实施例公开了一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法，如图2所示，具体包括下述步骤：
(1)发送节点有数据包待发送时，根据自身与接收节点间的传播时延、所有控制包的发送时延和接收节点与其最远邻居节点间的传播时延计算该数据包的发送时间；
(2)发送节点根据信道使用表计算所有数据信道可用时间，并结合步骤(1)的结果确定可用数据信道；
(3)发送节点通过广播RTS包通知接收节点发送数据包时间和可用数据信道；
(4)接收节点根据RTS包中数据包发送时间确定接收数据包时间，并根据信道使用表计算RTS包中数据信道可用时间，将可用时间与接收数据包时间无冲突的数据信道判定为通信双方的可用信道。
所述的，步骤(1)中，发送节点用于计算发送数据包时间tsd的公式为：
Figure BDA0001880015060000031
其中
Figure BDA0001880015060000032
为发送节点与接收节点间传播时延，
Figure BDA0001880015060000033
为接收节点与其最远邻居节点间传播时延，
Figure BDA0001880015060000034
为所有控制包的发送时延，tnow为当前时刻。
所述的，步骤(2)中，确定可用数据方法方法：除空闲数据信道直接确认为可用信道外，对于信道使用表中数据信道，首先计算该数据信道可用时间tcu，公式为：
Figure BDA0001880015060000035
其中tdf为信道使用表记录中完成数据包接收的时间，
Figure BDA0001880015060000036
为发送节点和信道使用表记录中接收节点间传播时延。若数据信道所有相关记录所得tcu与公式(1)所得tsd无冲突，该数据信道也被确认为可用信道。
假设网络中存在5个数据信道，当前时间为0s。结合图1来具体说明，本发明包括以下步骤：
1.节点a有数据包需发送给节点b，节点a通过公式(1)获得发送该数据包时间2.4s。
2.节点a根据信道使用表中记录得到使用数据信道1、3、5的接收节点完成数据包接收的时间，再分别减去节点d、h、f与节点a间的传播时延，分别得到数据信道1、3、5的可用时间1.5s、2.5s、2.6s,由于数据信道1的可用时间与数据包的发送时间不冲突，因此连同空闲数据信道2、4被判定为可用信道。
3.节点a通过发送RTS包通知节点b发送数据包时间和可用数据信道1、2、4。4.节点b根据RTS包中发送数据包时间加上与节点a间的传播时延得到接收数据包时间2.7s，再根据信道使用表和节点间的传播时延确定RTS包中数据信道1、2、4的可用时间分别为2.8s、2.6s、2.2s,最后将可用时间与节点b接收数据包时间不冲突的数据信道2、4判定为通信双方的可用信道。
综上所述：本发明涉及水下多信道MAC协议技术领域，提出一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法，适用于基于协作的水下多信道MAC协议。所述方法步骤如下：S1、发送节点计算发送数据包时间；S2、发送节点根据信道使用表将可用时间与数据包发送时间不冲突的信道判定为可用数据信道；S3、发送节点发送RTS包通知接收节点发送数据包时间和可用数据信道；S4、接收节点根据信道使用表和RTS包确定通信双方可用数据信道。本发明通过控制信道和数据信道传输的并发性，提前了被占用数据信道重新可用的时间，提高了信道利用率，同时减少了通信双方因异构碰撞区域而无可用信道问题，降低了端到端时延，增加了网络吞吐量。

Claims (1)

1.一种水下多信道MAC协议可用信道判定方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)发送节点有数据包待发送时，根据自身与接收节点间的传播时延、所有控制包的发送时延和接收节点与其最远邻居节点间的传播时延计算该数据包的发送时间；
(2)发送节点根据信道使用表计算所有数据信道可用时间，并结合步骤(1)的结果确定可用信道；
(3)发送节点通过广播RTS包通知接收节点发送数据包时间和可用数据信道；
(4)接收节点根据RTS包中数据包发送时间确定接收数据包时间，并根据信道使用表计算RTS包中数据信道可用时间，将可用时间与接收数据包时间无冲突的数据信道判定为通信双方的可用信道；所述步骤(1)中发送节点计算发送数据包时间tsd的公式：
Figure FDA0003652363370000011
其中
Figure FDA0003652363370000012
为发送节点与接收节点间传播时延，
Figure FDA0003652363370000013
为接收节点与其最远邻居节点间传播时延，
Figure FDA0003652363370000014
为所有控制包的发送时延，tnow为当前时刻；
所述步骤(2)中空闲数据信道直接确认为可用信道；
所述步骤(2)中对于信道使用表中的数据信道，若数据信道可用时间与公式(1)所得tsd无冲突，该数据信道被确认为可用信道；
所述数据信道可用时间tcu，公式为：
Figure FDA0003652363370000015
其中tdf为信道使用表记录中完成数据包接收的时间，
Figure FDA0003652363370000016
为发送节点和信道使用表记录中接收节点间传播时延。
CN201811418396.6A 2018-11-26 2018-11-26 一种水下多信道mac协议可用信道判定方法 Active CN109861919B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811418396.6A CN109861919B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种水下多信道mac协议可用信道判定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811418396.6A CN109861919B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种水下多信道mac协议可用信道判定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109861919A CN109861919A (zh) 2019-06-07
CN109861919B true CN109861919B (zh) 2022-09-27

Family

ID=66890273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811418396.6A Active CN109861919B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种水下多信道mac协议可用信道判定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109861919B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110958037B (zh) * 2019-11-28 2022-09-27 哈尔滨工程大学 一种水下多信道mac协议发送方协作方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106879031A (zh) * 2017-03-23 2017-06-20 江苏中科羿链通信技术有限公司 一种基于双收单发的多通道无线Mesh网络资源协商方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100512092C (zh) * 2007-07-10 2009-07-08 北京航空航天大学 多信道选择多址接入方法
US8155099B2 (en) * 2008-10-03 2012-04-10 Robert Bosch Gmbh Method of operating an event-driven, delay-critical wireless sensor network
CN104837211B (zh) * 2015-04-01 2018-10-26 西北工业大学 一种基于mimo传输机制的多信道多址接入方法
CN106604322B (zh) * 2016-12-03 2019-11-15 浙江大学 水下无线传感器网络的介质访问控制协议
CN106911398B (zh) * 2017-02-17 2020-06-16 哈尔滨工程大学 动态信道协商的水下传感器网络多信道介质访问控制通信方法
CN107864480B (zh) * 2017-09-27 2021-11-05 枣庄学院 一种基于认知声技术的mac协议通信方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106879031A (zh) * 2017-03-23 2017-06-20 江苏中科羿链通信技术有限公司 一种基于双收单发的多通道无线Mesh网络资源协商方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109861919A (zh) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106413022B (zh) 一种水声传感器网络机会路由协议的实现方法
CN102122993B (zh) 一种远距离水声通信的方法和装置
CN102571675B (zh) 一种基于物理层干扰信息的隐藏终端优化方法
TW201521485A (zh) Ｄ２ｄ信號的傳輸方法和裝置
CN112911669B (zh) 一种基于智能超表面/中继的d2d通信模式切换方法
WO2021218279A1 (zh) 一种数据传输方法、装置及设备
WO2011147337A1 (zh) 发送物理资源块、及信道估计的方法、基站和用户设备
CN106332299B (zh) 包含运动节点的竞争信道水声网络多节点并行通信方法
WO2023272981A1 (zh) 窄带通信方法、对讲机、设备、存储介质及自组网系统
WO2021063315A1 (zh) 一种雷达与通信一体化系统的协同工作方法及系统
CN110492950A (zh) 面向链路间干扰抑制的时间反转水声网络多址接入方法
WO2020015494A1 (zh) 一种数据传输方法、网络设备、通信设备及存储介质
CN109861919B (zh) 一种水下多信道mac协议可用信道判定方法
Zhu et al. UPMAC: A localized load-adaptive MAC protocol for underwater acoustic networks
CN106899981B (zh) 一种节点发送时间和功率联合优化的水声网络通信方法
CN104619005B (zh) 一种水下无线传感器网络媒体介质访问控制方法
WO2014048229A1 (zh) 时钟同步方法、系统及设备
CN112737643B (zh) 一种上行协作非正交多址传输方法、终端和系统
CN105933985B (zh) 基于距离远近自适应选择时隙的水声通信方法
WO2018040977A1 (zh) 一种数据传输方法及网络设备
CN110784244B (zh) 一种数据传输方法及全双工Ad Hoc网络系统
WO2023115354A1 (zh) 通信方法及装置
KR101958374B1 (ko) 네트워크 내의 지연을 정확하게 추정하는 서비스들, 시스템들 및 방법들
CN106961740B (zh) 一种基于预调度流水线方式的水声传感器网络数据传输方法
CN111901879A (zh) 一种适用于水声分簇网络的时隙动态调整并发传输方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant