[发明专利]一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法

摘要

本发明公开了一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法，利用本方法可以提高网络的吞吐量，同时降低网络的端到端时延和能量消耗，从而延长网络寿命。本发明采用CDMA的接入方式和分布式功率控制技术，参与信息传输的节点在保证不影响其邻居节点正常收发的前提下，根据网络状况动态地调整数据发送功率，从而克服了CDMA系统中存在的远近效应。同时对传统的媒质访问控制方法中的握手机制作了改进，在满足特定条件的情况下用数据包代替ACK作为成功交互的响应。在不同的网络负载的条件下本发明都可以获得很高的性能，从而可以有效地应用于水声网络中可靠的数据传输。

主权项

1.一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)网络中用于传输的包分为控制包和数据包两种类型；控制包由“类型”、“接收节点序号”、“发送节点序号”、“最大允许功率”、“发送功率”和“干扰容限”六个域组成，其中“类型”域可以为RTS、CTS或ACK；数据包由“接收节点序号”、“发送节点序号”、“发送功率”和“数据信息”四个域组成，其中“数据信息”域中保存着需要发送的数据信息；节点在传输控制包时采用一个公共扩频码，而传输数据包时采用基于发送端的CDMA扩频码，即从一个节点发出的所有数据包都使用网络中唯一的码进行扩频，接收端收到包以后使用对应的码字进行解扩；(2)如果节点j要发送一个包给节点i，它首先在信道上以最大功率P_max，并使用公共扩频码来发送一个RTS包，在这个RTS包的“最大允许功率”域中包含了最大允许功率等级P_map^(j)，这个功率为在不打断j的邻居节点正在进行的接收的条件下，j可以使用的最大发送功率；(3)收到RTS包以后，节点i使用P_max值和实际的接收功率P_received^(ij)来估计该时刻j和i之间的信道衰减值Gji=Preceived(ij)/Pmax;]]>由下式计算出最小发送功率P_min^(ji)：Pmin(ji)=η*(Pbackground+PMAI-current(i))Gji]]>这里P_MAI-current⁽ⁱ⁾是节点i当前的多址干扰MAI，它是由i周围所有正在发送邻居节点产生的；η^*表示该节点的接收机正确解码所需的有用信号的能量和噪声功率之比的阈值，P_background是水声信道中各种噪声功率之和；(4)节点i从收到的RTS包中的“最大允许功率”域获得P_map^(j)的值，结合其邻居节点情况选择一个合适的发送功率P_rans^(ji)，具体过程如下：如果Pmin(ji)>Pmap(j),]]>说明节点i处的MAI很大，i回送一个CTS包，通知j它不能处理它的发送，j在退避一段随机选择的时间以后再重新发送RTS包；如果Pmin(ji)≤Pmap(j),]]>令Δp=(Pmap(j)-Pmin(ji))/Nmax,]]>其中N_max为网络中节点的最大邻居数；如果该时刻i的邻居节点数为N_i，那么在区间[(N_i-1)Δp，N_iΔp]中等概率地随机选取一个值ΔP，那么Ptrans(ji)=Pmin(ji)+ΔP,]]>P_trans^(ji)为i所确定的作为将来j发送数据包时的发送功率；(5)节点i由P_trans^(ji)计算出冗余干扰功率P_{MAI-redundance}⁽ⁱ⁾，它表示除了当前的MAI，i还可以承受来自于邻居节点额外的MAI的大小；i通过监听邻居节点发送的RTS/CTS来获得最近一段时间i的邻居节点中活跃节点的大致数目N_active⁽ⁱ⁾，将冗余干扰功率P_{MAI-redundance}⁽ⁱ⁾平均分配到其活跃的邻居节点，分配给每个活跃邻居节点的的干扰容限为Pallowed(i)=PMAI-redundance(i)/Nactive(i);]]>节点i在CTS包的“发送功率”域写入P_trans^(ji)；除此以外，在“干扰容限”域中写入P_allowed⁽ⁱ⁾，并且将此CTS包回送给终端j；CTS包的发送功率也为P_max，使用公共扩频码；(6)节点i的一个潜在的干扰终端k可以监听到i的CTS包，设k在某小段时间内共收到K个这样的包，则它使用接收到的信号强度来计算自身和终端i之间的信道衰减G_ki；由G_ki和从i的CTS包的“干扰容限”域中得到的P_allowed⁽ⁱ⁾，通过下式计算出功率P_map^(k)：Pmap(k)=minn∈K{Pallowed(n)/Gkn}]]>(7)当终端j收到终端i的CTS包以后，它从CTS包的“发送功率”域中得到数据包的发送功率P_trans^(ji)，将其写入数据包的“发送功率”中，并用此功率和基于发送端的CDMA扩频码在信道上发送数据包；(8)当接收端i收到数据包后，它先检查它的存储器队列头中等待发送的数据包的“接收节点序号”域，如果该域中的值恰好为终端j，它就直接用该数据包作为j和i本次数据交互成功的响应包，其作用相当于ACK包；如果队列头中的包不是即将发往终端j的，就正常响应一个ACK包；这样j和i就完成了一次交互过程。