[发明专利]基于表机制利用传播时延的水声节点暴露终端解决方法

说明书

本发明公开了一种基于表机制利用传播时延的水声节点暴露终端解决方法。此方法基于握手机制，每个水声通信节点通过表机制的自学习来获取网络中的全局节点信息，规划网络中的传输任务。水声节点的表机制的自学习过程主要包含三个部分，分别是：表的初始化、表的存储以及表的更新。本发明提出的水声节点暴露终端解决方法优势在于基于表机制寻找网络中的暴露终端，能有效利用节点间的通信传播时延，来提高信道利用率，减少节点间的碰撞，从而提高网络的吞吐量，减小网络平均时延，提高水声通信网络质量。

技术领域

本发明涉及一种基于表机制利用传播时延的水声节点暴露终端解决方法，属于水声通信领域。

背景技术

由于水声信道的复杂性和多变性，水声通信具有长传播时延，窄带宽，吞吐量低等特性。在传统的水声网络MAC协议中，两节点相互通信时，周围的暴露终端会进入休眠状态以防止碰撞，导致这段时间内的水声信道被浪费，大大降低了信道的利用率以及网络的吞吐量。在水声通信网络中，给定时间内节点之间的碰撞越少，通信传输任务越多，则信道利用率越高，整个系统的吞吐量就越高。因而，在确保彼此不破坏对方传输的前提下，充分利用水声节点的通信传播时延是提高水声通信网络吞吐量的有效途径之一。因此，要合理设计利用传播时延的暴露终端解决方法，减少由于暴露终端通信导致的与邻节点间的碰撞，实现低时延、高吞吐量的水声通信网络。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于表机制利用传播时延的水声节点暴露终端解决方法。

暴露终端是指在发送节点的通信范围内而不在接收节点的通信范围内的节点，暴露终端因侦听到发送节点的发送而进入休眠状态延迟发送。但是，暴露终端其实是在接收节点的通信范围之外，它的发送可能不会对现有的传输造成冲突，这就引入了不必要的时延。

在不与现有的传输发生碰撞的前提下，为克服由于暴露终端休眠引入的传输时延，提高信道利用率。本发明采取的技术方案为：基于表机制寻找网络中的暴露终端，暴露终端在不影响已有传输的前提下，充分利用现有传输的传播时延来提高网络平均时延，提高信道利用率和系统吞吐量。本发明方法的实现具体包括以下步骤：

(1)为水声通信网络中的每个节点构建一个节点表，具体如下：

(1.1)节点表的初始化：完成网络中各节点的时钟和坐标的同步；

(1.2)节点表的存储：节点在水声网络中发送广播消息(BI:Broadcastinformation)，广播消息中包含本节点的MAC地址以及MAC地址对应的坐标信息；网络中的节点接收到来自邻节点发来的广播消息后，将广播消息中携带的邻节点的MAC地址以及相应的坐标信息存储在自己的节点表中，本节点可以在节点表中查询到其所有的邻节点信息；

(1.3)节点表的更新：在设定周期内，网络中的所有节点更新各自的广播消息BI，并将其广播至水声通信网络中，节点接收邻节点的广播消息后更新自身的节点表；

(2)水声节点接收到来自发送节点的数据帧后，判断本节点的MAC地址是否与数据帧中携带的目的MAC地址匹配；如果匹配，则接收该数据帧；如果不匹配，节点不休眠，执行步骤(3)；

(3)将数据帧中的目的MAC地址与本节点的节点表中存储的邻节点MAC地址对比，判断目的MAC地址是否在本节点的节点表中；如果目的节点在本节点的节点表中，则表示本节点与发送节点和接收节点互为邻节点，此时本节点进入休眠状态；如果目的节点不在本节点的节点表中，则表示目的节点不是本节点的邻节点，本节点判断为暴露终端，本节点与其他节点的通信只受发送节点的影响，而不受接收节点的影响，执行步骤(4)；

(4)为了利用传播时延，同时避免本节点与其他节点的通信和发送节点与接收节点之间的通信发生碰撞，本节点需要在发送节点的RTS以及DATA包到来时处于空闲状态，其余时间都可与其他节点进行通信，具体为：

(4.1)计算本节点发送DATA包的禁止时间，以防止其与发送节点的传输碰撞