CN110958037B - 一种水下多信道mac协议发送方协作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下多信道MAC协议发送方协作方法，属于水下多信道MAC协议技术领域，适用于基于协商的水下多信道MAC协议。所述方法步骤如下：S1、发送方发送包含可用数据信道的SRTS包；S2、接收方根据SRTS包和本地数据信道使用表确定可用数据信道，发送Y包回复发送方；S3、满足协作条件的邻居节点，根据本地记载的数据信道使用表确定SRTS包中不可用数据信道，通过Y包通知发送方；S4、发送方根据收到的所有Y包选择数据信道，并通过ITS包通知接收方和邻居节点后，立即开始数据传输阶段。本发明通过同时发起传输请求和与邻居节点的协作，减少了时延，提高了数据包发送率，增加了网络吞吐量，降低了平均能耗。

Description

一种水下多信道MAC协议发送方协作方法
技术领域
本发明属于水下多信道MAC协议技术领域，具体涉及一种水下多信道MAC协议发送方协作方法。
背景技术
21世纪是海洋的世纪，建立海洋监测网收集实时信息，加强海洋监督和开发成为目前亟待解决的问题。水声通信是目前唯一适用于水下网络长距离通信的有效手段，水声传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks,UASNs)成为开发海洋的重要手段之一。UASNs的研究基于组网的分层结构展开，作为信道控制机制的媒体接入控制(MediaAccess Control,MAC)协议是其中的核心内容之一。水声信道具有长传播时延、受限的可用带宽、突出的多径衰落和高误比特率等特性，为MAC协议的研究和设计带来困难和挑战。
随着水声通信技术的发展，水下多信道MAC协议已经得以实现。多信道机制具有高信道利用率、低时延和低能耗的优点，可以提升网络的整体性能。出于对硬件成本的考虑，每个节点配备一个声学收发器。在单收发器多信道的网络环境下，一些多信道MAC协议通过与邻居节点协作的方法解决隐藏终端问题。
在现有基于协作的水下多信道MAC协议中，由接收方在收到传输请求后发起与邻居节点的协作，为数据传输阶段选择数据信道。接收方协作方法需要专门的控制包和传播时延，数据传输阶段需要在发送方收到接收方选择的数据信道后进行，即接收方协作方法存在长时延问题。接收方协作方法的长时延降低了数据包的发送率，减少了网络吞吐量，增加了平均能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供减少时延，提高网络吞吐量，降低平均能耗的一种水下多信道MAC协议发送方协作方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种水下多信道MAC协议发送方协作方法，包括以下步骤：
步骤(1)：发送方有数据包待发送时，在控制信道发送SRTS包同时开启计时器。SRTS包中包括根据本地的数据信道使用表确定的所有可用数据信道；
步骤(2)：节点接收到SRTS包后，若为接收方，则根据本地的数据信道使用表和SRTS包确定可用数据信道，并加入Y包回复发送方；若为满足协作条件的邻居，则根据本地的数据信道使用表判断SRTS包中是否包含不可用的数据信道，若有则将所有不可用数据信道加入Y包中回复发送方；
步骤(3)：计时器到时后，发送方若收到来自接收方的Y包则根据收到的所有Y包选择数据传输的数据信道或放弃本次传输，通过ITS包通知接收方和邻居节点，并在完成ITS包的发送后，立即切换至选定的数据信道发送数据包；否则，若计时器超时没有接收到接收方的Y包则返回空闲状态。
所述的，步骤(1)中，由发送方发起传输请求和与邻居节点的协作。
所述的，步骤(3)中，邻居节点与发送方协作的条件：接收方不在通信范围内的邻居节点可参加协作；若接收方在通信范围内，则需判断接收方是否处于空闲状态，若是则参加协作，否则不参加。
本发明的有益效果在于：
在该方法中，发送方发送传输请求的同时发起与邻居节点的协作，节省了专门用于发起协作的控制包数量和传播时延；发送方在通知接收方和邻居节点选择的数据信道后，立即切换至选定的数据信道发送数据包，进一步减少了时延，提高了数据包的发送率，提高了网络吞吐量，降低了平均能耗。
附图说明
图1为发送方协作方法流程图，其中图(a)为发送方工作流程图，图(b)为接收方工作流程图，(c)发送方邻居节点工作流程图；
图2为本发明实施例的网络示意图；
图3为本发明实施例的工作时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1为发送方协作方法流程图，图2为本发明实施例的网络示意图，图3为本发明实施例的工作时序图，结合上述附图，本实施例公开了一种水下多信道MAC协议发送方协作方法，如图1所示，具体包括下述步骤：
(1)发送方确定接收方处于空闲状态后，根据数据信道使用表确定可用的数据信道，通过SRTS包中发送，并开启计时器；
(2)空闲状态的接收方收到SRTS包后，根据数据信道使用表和SRTS包确定可用的数据信道，并通过Y包通知发送方；
(3)监听控制信道的邻居节点收到SRTS包后，若满足协作条件，则根据数据信道使用表判定SRTS包中是否含有不可用数据信道，当发现不可用数据信道时，通过发送Y包通知发送方；
(4)计时器超时后，发送方根据来自接收方和邻居节点的Y包选择数据信道，通过ITS包通知接收方和邻居节点，并在发送ITS包后，立即切换至选定的数据信道开始数据传输阶段。
假设网络中存在5个数据信道，结合图2和图3来具体说明，本发明包括以下步骤：
(1)发送方a确定接收方b空闲后，通过遍历数据信道使用表将所有数据信道判定为可用信道，发送SRTS包通知接收方和邻居节点后，开启计时器，时长为2T(T为节点间最大的传播时延)；
(2)收到SRTS包的接收方b需确定可用的数据信道，由于数据信道使用表为空，接收方b确定的可用数据信道与发送方a相同，并通Y包回复发送方a；
(3)收到SRTS包的邻居节点e和f均满足协作条件，节点e由于没有检测到SRTS包中存在不可用数据信道，因此无需回复Y包，节点f检测到节点d在使用数据信道1，需要回复Y包通知发送方数据信道1不可用；
(4)计时器超时后，发送方a收到了来自接收方b和邻居节点f的Y包，根据2个Y包确定的可用数据信道为2、3、4、5，发送方a发送ITS包通知接收方b和邻居节点随机选择的数据信道3，并立即切换至数据信道3发送数据包。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种水下多信道MAC协议发送方协作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：发送方有数据包待发送时，在控制信道发送SRTS包同时开启计时器，SRTS包中包括根据本地数据信道使用表确定的所有可用数据信道；
步骤(2)：接收方收到SRTS包后，将本地可用数据信道加入Y包回复发送方；
步骤(3)：收到SRTS包的邻居节点若满足协作条件，对发送方认为的可用信道进行判定，将其中不可用数据信道加入Y包中回复发送方；
步骤(4)：计时器到时后，发送方根据收到的Y包选择数据信道，若存在，发送ITS包通知接收方和邻居节点，并在完成ITS包的发送后，立即切换至选定的数据信道发送数据包；否则放弃本次传输；步骤(1)中，发送方通过发送SRTS包同时发起传输请求和与邻居节点的协作；步骤(3)中，邻居节点与发送方协作的条件：当接收方不在邻居节点的通信范围内或是邻居节点根据邻居列表判断接收方处于空闲状态。
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