CN112532369A - 一种基于并发传输的多信道mac协议 - Google Patents

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羊秋玲
董威
黄向党
陈艳霞
刘敬科
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Abstract

本发明涉及一种基于并发传输的多信道MAC协议的设计，主要包括下列步骤：将信道划分为多个子信道，其中一个控制信道，其余的n个子信道为数据信道；定义并发传输节点以及并发传输节点集；一次通信分为3个阶段：请求阶段、数据传输阶段、确认阶段，其中请求阶段在一条控制信道上进行，有数据要传输的发送方首先向网络发送RTS控制包，RTS控制包中包含自身的ID地址和接收方的ID地址等信息。在第二个时隙的开始，接收方回复CTS控制包，CTS控制包包含目标节点的ID地址以及选择的数据信道和并发节点集。发送方在接收到CTS控制包后，根据接收到的信息选择是否在某个数据信道发送数据。随后接收节点在控制信道回复ACK控制包告知发送节点数据的接收情况。

Description

一种基于并发传输的多信道MAC协议
技术领域
本发明属于水下无线传感器网络通信技术领域，涉及一种多信道MAC协议。
背景技术
海洋面积广阔，资源丰富，自古以来都是国家经济、军事、安全的必争之地，随着现代社会越来越快速的发展，海洋的战略地位也变得举足轻重。水下无线传感器网络作为海洋探索、资源利用的一个重要的技术手段，近年来受到越来越多的研究人员的关注。目前，水下无线传感器网络技术已经在海洋资源探索、海岸线防护、渔业发展、海洋安全、海啸预警等方面有着重要的运用，是人类探索海洋、利用海洋不可或缺的一个有力工具。MAC协议对于水下传感器网络的性能有着巨大影响，而水下的环境以及水声通信的特殊性，给MAC协议的设计带来巨大的挑战。
MAC协议按照信道的数量可以分为多信道MAC协议和单信道MAC协议，本发明采用多信道方式，将信道划分为1个控制信道和n个子信道。由于水下无线传感器网络使用声波进行通信，因此具有较大的传播时延，这使得传统的握手机制消耗较大，而且，在传统的握手机制中，一个握手周期，只存在一次成功的握手，只允许一个节点发送数据，从而网络具有较低的数据传输效率。同时，由于暴露终端的问题，握手成功的节点可能会放弃传输，选择退避去达到避免碰撞的目的，但是实际上这种碰撞并不会发生。针对上述问题，本发明提出在分布式网络中，接收方根据接收到的信息，确定是否可以并发传输的节点，并随机选择一个数据信道，发送方根据接收到的来自接收方的信息，判断是否可以发送，通过这种方法，可以提高握手的成功率以及网络的并发传输能力。因此设计了一种基于并发传输的多信道MAC协议。
发明内容
为了提高水下无线传感器网络的握手效率以及数据包的传输效率，提升网络的性能，本发明提供了一种基于并发传输的多信道MAC协议，发送方根据接收到的CTS包中的数据信道信息以及并发传输节点集的信息选择是否发送数据，通过这种多信道并发传输的方法提升网络的性能。技术方案如下：
一种由接收方发起的安全的MAC协议的设计，包括下列步骤：
（1）将信道划分为多个子信道，其中一个控制信道用于节点之间控制信息的传输，其余的n个子信道为数据信道，用于节点之间的数据传输，节点可以在数据信道和控制信道之间随意切换。每个节点在同一时间只能监听一个子信道，只能在一个子信道上进行数据的发送与接收。采用多跳式分布式网络模型，网络中所有的传感器节点都是同构的，即不存在超级节点。网络中所有的节点都是缓慢移动的或者静止的；将时间分为大小相等的数据传输帧，每个数据传输帧包含4个时隙，时隙的大小等于数据包的传输时延加上网络的最大传播时延；
（2）在网络的初始化阶段，各个接收节点要获知在其一跳传输范围内所有发送节点的位置信息，从而获知各个发送节点与其自身的传播时延。网络中所有节点严格的时钟同步；
（3）定义并发传输节点以及并发传输节点集；
（4）一次通信分为3个阶段：请求阶段、数据传输阶段、确认阶段，其中请求阶段以及确认阶段在控制信道上进行。在一轮通信的开始，有数据要传输的发送方首先向网络发送RTS控制包，RTS控制包中包含自身的ID地址和接收方的ID地址等信息，在本发明中，要求所有的控制包要尽可能的短，因为所有的控制包均在一条控制信道上进行传输，如果控制包的传输时延过大，就会导致控制包的碰撞。在第二个时隙的开始，接收方回复CTS控制包，CTS控制包包含目标节点的ID地址以及选择的数据信道和并发节点集。发送方在接收到CTS控制包后，根据接收到的信息选择是否在某个数据信道发送数据。在一轮通信的最后一个时隙接收节点回复ACK控制包告知发送节点数据的接收情况。
本发明提供了一种基于并发传输的多信道MAC协议，接收方通过接收到的发送方选择的数据信道的信息以及并发传输节点集的信息，选择是否发送数据，增加了数据传输效率，避免了碰撞，极大提升了网络的性能。
为了更清楚的说明本发明的具体流程以及使用的网络拓扑，下面将对本发明所涉及到的附图进行说明。
附图说明
图1为本发明所设计的MAC协议的网络拓扑图；
图2为本发明发送方的具体操作流程图；
图3为本发明接收方的具体操作流程图。
具体实施方案
本发明提供了一种基于并发传输的多信道MAC协议，接收方通过接收到的发送方选择的数据信道的信息以及并发传输节点集的信息，选择是否发送数据，增加了数据传输效率，避免了碰撞，极大提升了网络的性能。
提出的多信道MAC协议是针对多跳分布式水无线传感器网络通信场景，即节点随机分布在某一海域组成一个分布式的网络，网络中所有的传感器节点都是同构的，即不存在超级节点，每个节点要么是发送节点要么是接收节点，每一个发送节点的目标接收节点都是固定的，节点之间使用水声链路进行通信。 具体的操作流程针对整个分布式多跳无线传感器网络。
本发明的具体操作流程如下：
（1）建立系统模型：将信道划分为多个子信道，其中一个控制信道用于节点之间控制信息的传输，其余的n个子信道为数据信道，用于节点之间的数据传输，节点可以在数据信道和控制信道之间随意切换。每个节点在同一时间只能监听一个子信道，只能在一个子信道上进行数据的发送与接收。采用多跳式分布式网络模型，网络中所有的传感器节点都是同构的，即不存在超级节点。网络中所有的节点都是缓慢移动的或者静止的；将时间分为大小相等的数据传输帧，每个数据传输帧包含4个时隙，时隙的大小等于数据包的传输时延加上网络的最大传播时延；
（2）在网络的初始化阶段，各个接收节点要获知在其一跳传输范围内所有发送节点的位置信息，从而获知各个发送节点与其自身的传播时延。网络中所有节点严格的时钟同步；
（3）定义并发传输节点：节点a为发送节点，其目标节点为节点b，在b的传播范围内，还存在其它发送节点的c，c的目标节点不是b，则满足条件|Ta,b-Tc,b|>TDATA的节点称为节点a的并发节点，其中Ta,b，Tc,b分别是节点a、b到节点c的传播时延，TDATA为数据包的传输时延；定义并发传输节点集：节点a为发送节点，其目标节点为节点b，在b的传播范围内，还存在其它多个发送节点，这些发送节点的目标节点均不是节点b，但是都满足并发传输节点的定义，则这些节点组成的节点集称为节点a的并发传输节点集；
（4）一轮通信分为3个阶段：请求阶段、数据传输阶段、确认阶段，在各个阶段，发送节点根据图2的流程图进行具体的操作，接收节点根据图3的流程图进行具体的操作：
1、请求阶段又可以分为RTS阶段和CTS阶段：
a、RTS阶段：有数据要发送的节点在时隙的开始向网络中广播RTS控制包，控制包中包含自身的ID地址、目标节点的ID地址等信息。在本轮通信无数据包要发送的节点，进入睡眠状态直到下一轮通信的开始醒来；
b、CTS阶段：（i）若接收方接收到RTS控制包以及XRTS控制包（目标节点不是自身的RTS控制包），则根据接收到的控制包的信息以及各个发送节点的位置信息，根据并发传输节点和并发传输节点集的定义确认可以和自身的源结点（目标节点为自身的发送节点）并发传输的节点集，并随机选择一个数据信道，将随机选择的数据信道和并发传输节点集加入到CTS控制包中，发送到网络中（ii）若接收方只成功接收到RTS控制包，则随机选择一个数据信道，并将选择的数据信道加入到CTS控制包中并发送到网络（iii）接收方若未成功接收到RTS包，则选择进入睡眠状态直到下一轮通信；
2、数据传输阶段：在数据传输阶段，（i）发送方若接收到CTS控制包以及XCTS控制包（目标节点不是自身的CTS控制包），则发送方找出与CTS控制包中存在相同数据信道的XCTS控制包，并判断这些XCTS控制包中的并发传输节点集的交集是否含有自身，若有则选择在CTS控制包中的数据信道上进行发送数据包，若没有，则进入睡眠状态直到下一轮通信的开始醒来；若所有的XCTS包中的数据信道不存在与CTS控制包中数据信道相同的数据信道，则发送方选择在CTS控制包中的数据信道上进行发送数据包（ii）发送方若只成功接收到CTS控制包，则选择CTS控制包中的数据信道进行发送（iii）发送方若未成功接收到CTS控制包，则发送方选择进入睡眠状态直到下一轮通信的开始；
3、确认阶段：接收方根据数据的接收情况，成功接收数据的接收方在控制信道回复一个ACK确认包告知发送方数据成功接收，未成功接收到数据的接收方不回应。发送方若未接收到ACK确认包则意味着数据发送失败，则在下一轮通信继续发送RTS控制包请求发送数据。

Claims (1)

1.一种基于并发传输的多信道MAC协议的设计，包括下列步骤：
（1）将信道划分为多个子信道，其中一个控制信道用于节点之间控制信息的传输，其余的n个子信道为数据信道，用于节点之间的数据传输，节点可以在数据信道和控制信道之间随意切换，每个节点在同一时间只能监听一个子信道，只能在一个子信道上进行数据的发送与接收；采用多跳式分布式网络模型，网络中所有的传感器节点都是同构的，即不存在超级节点，网络中所有的节点都是缓慢移动的或者静止的；将时间分为大小相等的数据传输帧，每个数据传输帧包含4个时隙，时隙的大小等于数据包的传输时延加上网络的最大传播时延；
（2）在网络的初始化阶段，各个接收节点要获知在其一跳传输范围内所有发送节点的位置信息，从而获知各个发送节点与其自身的传播时延，网络中所有节点进行严格的时钟同步；
（3）定义并发传输节点：节点a为发送节点，其目标节点为节点b，在b的传播范围内，还存在其它发送节点的c，c的目标节点不是b，则满足条件|Ta,b-Tc,b|>TDATA的节点称为节点a的并发节点，其中Ta,b，Tc,b分别是节点a、b到节点c的传播时延，TDATA为数据包的传输时延；定义并发传输节点集：节点a为发送节点，其目标节点为节点b，在b的传播范围内，还存在其它多个发送节点，这些发送节点的目标节点均不是节点b，但是都满足并发传输节点的定义，则这些节点组成的节点集称为节点a的并发传输节点集；
（4）一次通信分为3个阶段：请求阶段、数据传输阶段、确认阶段，其中请求阶段以及确认阶段在控制信道上进行；在一轮通信的开始，有数据要传输的发送方首先向网络发送RTS控制包，RTS控制包中包含自身的ID地址和接收方的ID地址等信息，在本发明中，要求所有的控制包要尽可能的短，因为所有的控制包均在一条控制信道上进行传输，如果控制包的传输时延过大，就会导致控制包的碰撞；在第二个时隙的开始，接收方回复CTS控制包，CTS控制包包含目标节点的ID地址以及选择的数据信道和并发节点集，发送方在接收到CTS控制包后，根据接收到的信息选择是否在某个数据信道发送数据；在一轮通信的最后一个时隙接收节点回复ACK控制包告知发送节点数据的接收情况。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103501531A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 大连理工大学 一种基于功率控制的Ad Hoc网络MAC层信道分配方法
CN106131800A (zh) * 2016-06-12 2016-11-16 东南大学 一种面向密集型无线传感器act‑mac协议的实现方法
CN106911398A (zh) * 2017-02-17 2017-06-30 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
CN107466072A (zh) * 2017-07-21 2017-12-12 哈尔滨工程大学 基于地理位置信息的多信道并行协商mac协议实现方法
CN108347788A (zh) * 2018-02-05 2018-07-31 浙江大学 基于Slotted-FAMA协议利用传播时延的数据并发传输方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103501531A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 大连理工大学 一种基于功率控制的Ad Hoc网络MAC层信道分配方法
CN106131800A (zh) * 2016-06-12 2016-11-16 东南大学 一种面向密集型无线传感器act‑mac协议的实现方法
CN106911398A (zh) * 2017-02-17 2017-06-30 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
CN107466072A (zh) * 2017-07-21 2017-12-12 哈尔滨工程大学 基于地理位置信息的多信道并行协商mac协议实现方法
CN108347788A (zh) * 2018-02-05 2018-07-31 浙江大学 基于Slotted-FAMA协议利用传播时延的数据并发传输方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨鸿: ""利用传播时延并发传输的水声通信网络MAC协议研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑(月刊)》 *

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