水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法及系统的利记博彩app
【专利摘要】水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法及系统，该系统包括：请求发送信息包模块，用于发送节点发送数据前向接收节点发送请求发送信息包；时隙数目计算模块，接收节点根据可定向原则以及请求发送信息包中的信息，用于为该发送节点分配名次，然后把请求发送信息包中的内容存入名次表中，根据请求发送信息包的内容，计算分配给发送节点的时隙数目；数据包发送模块，该发送节点根据计算出的该时隙数目向该接收节点发送数据包；校验模块，用于该接收节点接收到该数据包后进行校验，然后向该发送节点发送校验确认信息包，同时用于结束本次通信。
【专利说明】水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器通信【技术领域】，特别涉及水下传感器网络的媒体介质访问控制 协议方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信和传感技术的飞速发展，无线传感器网络已经被广泛的应用在众多 基于陆地的场景中。无线传感器节点通常很小，很廉价并且低功耗，易于部署。鉴于无线传 感器网络的诸多优点，很多研究者在近些年尝试着将地面传感器网络移植到水下，来探索 海洋世界。
[0003] 2007 年 Ian F. Akyildiz, Dario Pompili 等在 SIGMOBILE Mob. Comput. Commun 会 议公布了文章名为 State of the art in protocol research for underwater acoustic sensor networks,文章指出水下传感器网络指将能耗低、具有较短通讯距离的水下传感器 节点部署到指定海域中，利用节点的自组织能力自动建立起的网络。2014年作者Salvador Climent 公布了 文章名 Underwater Acoustic Wireless Sensor Networks:Advances and Future Trends in Physical, MAC and Routing Layers,发表在杂志名 Sensors, 14 期，795-833页，文章指出水下传感器网络为海洋环境管理、资源保护、灾害监测、海洋工 程、海上生产作业和海洋军事等活动提供健壮的水下信息平台。将传感器网络部署到水下 的主要动机是要获取高精度的水下信息，那么如何将水下信息以最高效的路径传到水面 上，也就是路由算法，为了保证路由算法的顺利运行，需要针对媒体介质访问控制协议的支 持，媒体介质访问控制协议即MAC协议。
[0004] 地面传感器网络采用无线射频进行通信，并且节点基本都是静止的。和地面传感 器不同，水下传感器网络每个节点都装备了声呐通信装置和多种传感器，例如压力传感器 等。将这些节点随机的部署到指定海域中，他们彼此之间通过声呐通信，同时随着水流以3 到6公里每小时的速度移动。水面可以部署一个或多个汇聚节点，他们可以通过水声和水 下的节点通信，也可以通过无线射频与其他水面的汇聚节点，或者其它岸边的通信基础设 施通信。与地面传感器网络相比，目前无线传感器网络面临以下四种挑战：1、水声通信带宽 受限：传输极限是40km · kbps (深海垂直传输）；2、传输时延较大：水下声速1500m/s延 时在 ms 甚至 s 级；3、2013 年在 Proceedings of the Eighth ACM International Conference on Underwater Networks and Systems 会议上Pu L, Luo Y, Peng Z等提出 Traffic estimation based receiver initiated MAC for underwater acoustic networks 报告,i亥报告指出节点 移动性：水下悬浮节点会随水流，以3-6km/h的速度移动；4、水下三维空间：节点稀疏，仿真 环境复杂。
[0005] 如图 1 所不，2007年在SIGMOBILE Mob. Comput. Commun作者 Ian F. Akyildiz, Dario Pompili 等公布了文章名为 State of the art in protocol research for underwater acoustic sensor networks,该文章指出水下无线传感器网络的节点一般分为四类：水底固 定通信节点、水下悬浮通信节点、水下AUV、水面漂浮通信节点，其中水面漂浮节点可采用双 模通信（水声通信和射频通信），其它水下节点都采用水声通信。
[0006] 2008年作者H. Yan，Z. J. Shi等发表文章名"基于深度的水下传感器网络的路由算 法，'(Dbr: depth-based routing for underwater sensor networks),发表在期干丨J名 Springe, 页码72-86,该文指出在水下无线传感器网络中，很多节点都自带水压传感器，深度信息可 通过水压传感器精确获得，基于这一点，很多基于深度的路由协议出现。在这些协议里面， 数据包向上传递，每个节点只转发比其自身更深节点的数据包。如图2所示，在水下无线传 感器网络，目的一般是水底层的节点把数据包发送给浮标节点，这也造成数据流的流向是 从底层节点往浮标节点汇聚。也就是说，从垂直的方向来看，数据包一般是从深度深的节点 往深度浅的节点发送，有一个向上的趋势，从水平的方向上来看，数据一般会向浮标节点汇 聚，有一个往浮标节点偏的趋势。
[0007] 在水下传感器网络中，很多基于深度的路由算法为了提高系统性能，会造成网络 中负载不均衡，这样就造成了网络中出现很多关键节点，这些节点承载着网络中大部分的 网络负载。2008年作者H. Yan，Z. J. Shi等发表文章"基于深度的路由算法水下的传感器 网络"（Dbr:depth_based routing for underwater sensor networks)该文刊登在期刊名 Springe，页码72-86,该文指出路由算法把节点所处的深度作为一个重要参数，在一跳范围 内节点深度小的比节点深度大的节点需要转发更多的数据包，也就是说节点深度小的节点 是这一跳范围的关键节点。但是现在通用的MAC层协议追求节点间的公平性特点，无法保 证关键节点比其他节点的优势。一旦无法满足关键节点的带宽需求，就会造成整个网络的 拥塞，进而造成整个网络不稳定。
[0008] 本专利针对于基于深度的路由协议会造成网络负载不均衡的这种情况，提出了一 种基于深度的定向MAC协议（简称DD-MAC)，有效的避免网络拥塞情况的出现，保证了整个 网络的稳定，降低了网络中的传输延迟，增强了网络的可扩展性。
【发明内容】
[0009] 为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种水下传感器网络的媒体介质访 问控制协议方法及系统，为解决基于深度的路由协议会造成网络负载不均衡问题，提出了 一种基于深度的定向MAC协议，有效的避免网络拥塞情况的出现，保证了整个网络的稳定， 降低了网络中的传输延迟，增强了网络的可扩展性。
[0010] 一种水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0011] 步骤1，运行时间算法，使整个传感器网络所有节点时间同步；
[0012] 步骤2,当其中某节点处于空闲状态时，该节点侦听周围邻近节点的通信过程，建 立周围邻近节点的名次表；
[0013] 步骤3,建立某发送节点与某接收节点的直接通信，该发送节点发送数据之前向该 接收节点发送请求发送信息包；
[0014] 步骤4,该接收节点收到该请求发送信息包后，根据可定向原则，按照该信息包中 的信息为该发送节点分配名次，然后该接收节点更新该名次表，根据请求发送信息包的内 容，利用时隙数目计算公式计算分配给发送节点的时隙数目，向该发送节点发送清除信道 控制包；
[0015] 步骤5,该发送节点接收该清除信道控制包，并根据分配的该时隙数目向该接收节 点发送数据包；
[0016] 步骤6,该接收节点收到该数据包后进行校验，然后向该发送节点发送确认信息 包，同时结束本次通信。
[0017] 所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法，其特征在于，该时隙数目 f(d，Θ)计算公式为：
[0018]
【权利要求】
1. 一种水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，运行时间算法，使整个传感器网络所有节点时间同步； 步骤2,当其中某节点处于空闲状态时，该节点侦听周围邻近节点的通信过程，建立周 围邻近节点的名次表； 步骤3,建立某发送节点与某接收节点的直接通信，该发送节点发送数据之前向该接收 节点发送请求发送信息包； 步骤4,该接收节点收到该请求发送信息包后，根据可定向原则，按照该信息包中的信 息为该发送节点分配名次，然后该接收节点更新该名次表，根据请求发送信息包的内容， 结合时隙数目计算公式计算分配给发送节点的时隙数目，向该发送节点发送清除信道控制 包； 步骤5,该发送节点接收该清除信道控制包，并根据分配的该时隙数目向该接收节点发 送数据包； 步骤6,该接收节点收到该数据包后进行校验，然后向该发送节点发送确认信息包，同 时结束本次通信。
2. 如权利要求1所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法，其特征在于，该 时隙数目f(d，Θ)计算公式为：
其中，d为水下传感器节点与目的节点的深度差，Θ为该发送节点相对于该目的节点 的角度，S为传输延迟，τ为设定参数，R为最大传播距离，m为该发送节点在该接收节点 名次表中的名次，T为该发送节点需要的时隙数目。
3. 如权利要求1所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法，其特征在于，该 可定向原则包括： 当相邻两节点深度不同时，将该深度作为第一排名决定因素，该深度值越小在该名次 表中名次越高； 当相邻两节点深度相等，该节点相对于该目的节点的角度为第二排名决定因素，该角 度越小在该名次表中名次越高； 当相邻两节点深度值和相对于目的节点的角度都相等，将该发送节点需要的时隙数目 作为第三排名决定因素，时隙数目越小在该名次表中的名次越高。
4. 如权利要求1所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议方法，其特征在于，该 步骤4还包括： 步骤41，接收节点将该请求发送信息包中的媒体介质访问控制协议地址、该接收节点 与该目的节点的高度差、该发送节点与该目的节点的夹角存在名次表中。
5. -种水下传感器网络的媒体介质访问控制协议系统，其特征在于，该系统包括： 时间同步模块，运行时间同步算法，使整个传感器网络中的节点保持同步； 名次表建立模块，处于空闲状态的节点监听其他邻近节点通信，并建立周围邻近节点 的名次表； 请求发送信息包模块，建立某发送节点与某接收节点的直接通信，用于该发送节点发 送数据前向该接收节点发送请求发送信息包； 时隙数目计算模块，该接收节点用于根据可定向原则以及该请求发送信息包中的信 息，为该发送节点分配名次，然后该接收节点更新该名次表，根据请求发送信息包的内容， 结合隙数数目计算公式计算分配给发送节点的时隙数目，向该发送节点发送清除信道控制 包； 数据包发送模块，该发送节点接收该清除信道控制包，并根据计算出的该时隙数目向 该接收节点发送数据包； 校验模块，用于该接收节点接收到该数据包后进行校验，然后向该发送节点发送校验 确认信息包，同时用于结束本次通信。
6. 如权利要求5所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议系统，其特征在于，该 时隙数目f(d，Θ)计算公式为：
其中，d为水下传感器节点与目的节点的深度差，Θ为该发送节点相对于该目的节点 的角度，S为传输延迟，τ为设定参数，R为最大传播距离，m为该发送节点在该接收节点 名次表中的名次，T为该发送节点需要的时隙数目。
7. 如权利要求5所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议系统，其特征在于，该 可定向原则包括： 当相邻两节点深度不同时，用于将该深度为第一排名决定因素，该深度值越小在该名 次表中名次越高； 当相邻两节点深度相等，用于将该节点相对于该目的节点的角度为第二排名决定因 素，该角度越小表示该名次表中名次越高； 当相邻两节点深度值和相对于目的节点的角度都相等，用于将该发送节点需要的时隙 数目作为第三排名决定因素，时隙数目越小表示该名次表中的名次越高。
8. 如权利要求5所述水下传感器网络的媒体介质访问控制协议系统，其特征在于，该 时隙数目计算模块还包括： 名次表更新模块，用于将该接收节点请求发送信息包中的MAC地址、该接收节点与该 目的节点的高度差、该发送节点与该目的节点的夹角存在名次表中。
【文档编号】H04W56/00GK104066116SQ201410265061
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】李超, 徐勇军, 安竹林, 李晓维 申请人:中国科学院计算技术研究所