基于时空公平的水下传感器网络MAC协议实现方法

摘要

本发明属于水下传感器网络数据传输技术，具体是针对水下传感器网络水声长传播延时特性导致的时空不确定性，提出了响应最先请求水下传感器网络MAC协议（RFR-MAC）以实现时空公平性。本发明通过动态调整RTS竞争阶段，从而确定时间上最先请求数据传输的节点优先传输数据，还引入了CTS延迟阶段推迟发送CTS控制帧以避免数据帧的冲突，并使用CTS退避机制动态延长CTS延迟阶段，同时采用竞争退避机制进一步提高节点竞争信道的时空公平性。实验表明该协议具有很好的空间公平性，同时该协议具备较好的吞吐量、较低的能耗及时延。

主权项

一种基于时空公平的水下传感器网络MAC协议实现方法，其特征在于，基于接收端的通信过程包括如下步骤：(1)空闲侦听：接收节点不断监听信道；(2)RTS竞争：当接收节点捕获到RTS帧时，进入RTS竞争阶段，启动RTS计时器，其时长为当前时刻到RTS竞争阶段的结束时刻；在RTS竞争阶段内，接收节点每收到一个RTS帧，根据其发送时刻确定当前最先发送请求的发送节点，如有更早发送的RTS帧则更新当前最先发送RTS帧的节点、RTS竞争阶段的结束时刻以及RTS计时器的时长；(3)CTS延迟：当RTS计时器超时时，接收节点进入CTS延迟阶段，启动CTS计时器，其时长初始值为最大传播时长R/V，其中，R为水声信号的最大传输半径，V水下声音的传输速度；(4)数据传输：当CTS计时器超时时，接收节点发送CTS帧，接收节点进入数据传输阶段，并启动接收计时器，其时长为两倍的最大传播时长2*R/V，如果在接收计时器的时间内，接收节点接收到数据包，则取消接收计时器，接收节点进入空闲侦听状态；当接收计时器超时时，接收节点进入空闲侦听状态；基于发送端的通信过程包括如下步骤：(1)空闲侦听：发送节点不断侦听信道确定信道是否被占用；(2)竞争等待：当发送节点捕获到其他节点RTS帧或自身发送的RTS帧时，启动竞争计时器，其时长为两倍的最大传播时长2*R/V，该发送节点暂停发送RTS帧，进入竞争等待阶段，当竞争计时器超时，该发送节点进入空闲侦听状态；(3)数据传输：当发送节点捕获到CTS帧，且该CTS帧为节点自身的回复帧时，该发送节点取消竞争计时器，进入数据传输阶段，向接收节点发送数据包，数据包发送结束且数据包在信道中传播最大传播时长R/V后，该发送节点进入空闲侦听状态；(4)睡眠阶段：当发送节点捕获到CTS帧且该CTS帧为回复其他节点的回复帧，则取消竞争计时器，该发送节点转为睡眠阶段并启动睡眠计时器，睡眠计时器的时长至此次数据通信的结束时刻；如睡眠计时器超时，则该节点转为空闲侦听状态。