[发明专利]一种适用于长延迟SIC网络的链路调度方法和系统

说明书

本发明涉及一种适用于长延迟SIC网络的链路调度方法和系统，包括：根据发送节点数目、环境噪声功率和SIC算法的信号干扰比阈值，生成各发送节点的传输信号所能被SIC算法解码的最小功率值，通过将最小功率值集合为K‑SIC功率阈向量以为各发送节点划分发送功率等级；根据各发送节点的发送数据量，判定长延迟网络的负载状态，并根据负载状态和发送功率等级执行最小帧长调度算法，生成长延迟网络的最小调度帧长；根据发送节点数目、最小调度帧长和接收节点的接收机制，执行最小功率调度算法，得到使得全网功耗最小的链路调度策略。由此可提升长延迟SIC网络内节点间的传输效率，并降低长延迟SIC网络的整体能耗。

技术领域

本发明涉及信息技术中的长延迟网络媒体介质访问控制领域，特别涉及一种适用于长延迟SIC网络的链路调度方法和系统。

背景技术

由于采用声信道作为数据传输手段，声音在水中的传输速度仅有1500m/s，因此水下传感器网络(Underwater Sensor Networks，UWSN)是现实生活中典型的长延迟网络。UWSN的主要任务是感知水下客观世界，并将水下传感器感知到的数据以自组织的方式进行传输，然后对这些数据进行组织、处理、融合分析及存储。因此，与通常的网络技术(如移动通信网络、陆上无线传感器网络等)不同，UWSN有具备网络规模大、自组织和高度动态性等特点。

介质访问控制层(Media Access Control,MAC)位于水下传感器网络的物理层和路由层之间，主要负责水声信道的访问机制、合理高效的使用水声信道的带宽资源等任务。MAC协议设计对网络性能具有重要的影响，但是在水下传感器网络中设计MAC协议过程中，面临以下问题和挑战：

1、高延迟和延迟抖动。水声信号在水中的平均传播速度为1500m/s，因此水声信号的传播延迟比陆上射频信号的传播延迟大了五个数量级。此外，水下传感器网络的节点通信距离通常为几百米甚至几千米，这样其通信传播延迟就能达到秒级。此外，受盐度、温度、洋流和深度等环境因素的影响，水声信号在水中的传播速度很不稳定，这造成了水声通信的延迟抖动。高延迟和延迟抖动问题为水下传感器网络节点时间同步带来很大的挑战。

2、电池能量有限和高功耗。由于水下环境恶劣，水下传感器节点通常采用能量有限的电池供电，同时节点电池的更换也非常困难。在水下传感器网络中，由于通信距离较远，水声信号的发送与接收都需要进行额外的处理以补偿信号能量的衰落，因此与无线电波通信相比水声通信通常消耗更多能量。如何提高能量利用率以最大化网络运行周期是水下传感器网络面临的首要挑战。

3、通信能力有限。水声通信的通信带宽与通信距离和节点的发射频率有很大关系。随着通信距离的增加，水声通信的带宽会急剧下降。水声通信带宽和通信距离呈反比关系，主要原因是声波的频率越高，在水中的衰减率越高，通信距离也就越短，同理，通信距离越长需要的声信号波长越长，即声波的频率越低，相应的通信带宽也就越低。