一种基于csma ca的水声网络功率控制mac协议.doc

一种基于CSMA_CA的水声网络功率控制MAC协议一种基于CSMA/CA的水声网络功率控制MAC协议刘旬,房栋,李宇,张春华,黄海宁(中国科学院声学研究所,北京100190)摘要:水声通信网络在资源勘探、灾害预报、环境监测等方面有广阔的应用前景。由于水声通信环境传播延迟高、带宽窄,TDMA、FDMA等多址接入方式的应用受到了限制,因此在水声网络中一般采用随机接入的方式。CSMA/CA是一种得到广泛应用的多址接入协议。在CSMA/CA协议的基础上,设计了一种适用于水声网络的功率控制MAC协议——PC-CSMA/CA协议。PC-CSMA/CA协议利用CSMA/CA进行RTS/CTS预约的特点,进行数据包传输的自适应功率调整,在不影响CSMA/CA协议的性能的同时节约了能量。仿真结果表明:改进后的协议大大减少了能量消耗,且不影响网络的吞吐量。关键词:水声通信网络;多址接入协议;功率控制中图分类号:TB567文献标识码:A文章编号:1000-3630(2012)-02-0209-06DOI编码:-,FANGDong,LIYu,ZHANGChun-hua,HUANGHai-ning(InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)Abstract:workispromisinginminereconnaissance,,someMACprotocolssuchasTDMA,FDMAcannotworkwell,,-work—PC-CSMA/CA(PowerControlCSMA/CA)-CSMA/CAprotocol,RTS/-CSMA/CAconsumesmuchlessenergythanCSMA/CAwhileitsperformanceisaswellasCSMA/:work;MACprotocol;powercontrol[3,4]问题,因而受到水下网络研究者的关注。本文在CSMA/CA协议的基础上,利用0引言RTS/CTS握手进行通信节点间的测距,再根据距离进行功率估计,设置数据包用一个合适的功率发在由浮标、水面舰艇、UUV等组成的水声通信送,从而减少网络节点的能量消耗。网络中,多址接入协议是一个重要的问题。由于水声网络传播延迟高,要实现精确的同步1PC-CSMA/CA协议比较困难,因此TDMA方式很难在水下应用。同时,水下的带宽很窄,这使得FDMA的应用也受到[1,2]。因此当前的水声网络MAC协议多采用随机接在CSMA/CA协议中,节点分为IDLE、入的方式。其中,基于握手的CSMA/CA协议能减WFCTS、WFDATA、WFACK、QUIET、CTD六个[3,5]少数据包的冲突,同时缓解隐藏节点和暴露节点的状态。如图1所示,当源节点B处于IDLE状态且有数据需要发送时,先进行载波侦听,节点设置CTD定时器,转入CTD状态,如果侦听结束后处于IDLE收稿日期:2011-03-02;修回日期:2011-05-18基金项目:“863”计划项目(2006AA09Z117,2009AA093601)、国家自然状态,则会先发送一个RTS,然后设置超时定时器科学基金项目(60672118,10904160)以等待CTS,节点进入WFCTS状态。作者简介:刘旬(1985,),男,河南信阳人,博士研究生,研究方向为水声通信、传感器网络。通讯作者:刘旬,E-mail:liuxun001@声学技术2012年210SL,,lgr,,r,NL,DT(3)目的节点C接收到RTS后,如果处于IDLE状式(3)中:,为扩展损失系数,由于通信距离不远,态,立即回复一个CTS,然后设置超时定时器以等,20;,为吸收系数,由这里按球面扩展计算,,待DATA,节点进入WFDATA状态。信号频率决定,经验公式为源节点B接收到CTS后,,则立即发送DATA数据包,重新设置超时定时,42,,,,,10f,(4)221,f4100,f器以等待ACK