专利名称：一种基于cdma水声网络的媒质访问控制方法
技术领域：
本发明涉及一种媒质访问方法，特别涉及一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法。
背景技术：
水声网络主要用于海洋中的数据搜集、采样、环境监测、近岸探测、灾害阻止、海啸报警、导航援助、 分布式战术监测和矿产勘测。由于无线电波在水下只能在极其低的频率上(30-300Hz)传播，并且容易受
到散射影响。因此，水声网络的节点间通常使用声波进行无线通信。
媒质访问控制方法是水声网络研究的一个重要内容。与陆地无线信道相比，水声信道具有数据传输速 率低、频带资源有限、误码率高等特点。同时分布在水下的传感器节点通常携带的电池能量十分有限。因 此，如何高效地使用能量实现网络生命周期的最大化是水声网络面临的首要挑战。通常，水声网络的绝大 部分能量消耗在传感器节点的通信模块上。所以设计一种节能的媒质访问控制方法，在不影响吞吐量的前 提下，让网络通信更有效率，获得低信道接入时延是水声传感器网络协议设计需要重点考虑的问题。近年 来关于水声通信网络的媒质访问控制方法的研究成果主要包括了 TDMA方案、时隙化FAMA协议和带有 碰撞避免的Aloha协议等。但是采用了这些方法的水声网络中数据包的碰撞率高，并且信道的利用率很低。
码分多址(CDMA)是水声网络中的很有前途的物理层和多址接入技术。它具有以下几个优点(1) 对于频率选择性衰落具有鲁棒性。(2)在接收端采用Rake滤波技术可以补偿多径效应。(3)接收端的多用户检 测技术可以分辨出来自不同用户的信号。这些优点提高了信道的可重用性并且减少了包的重发。但是， CDMA系统性能容易受到远近问题的影响，会引起较强的多址干扰。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术的缺陷，设计、研究了一种基于CDMA水声网络的媒质访问方法。 本发明的技术方案是
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"千扰容限"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_/要发送一个包给节点/，它首先在信道上以最大功率尸 ^，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尸i^ ，这个功率为在不打断_/ 的邻居节点正在进行的接收的条件下，乂'可以使用的最大发送功率。
(3) 收到rts包以后，节点/使用己知的户，值和实际的接收功率户/f^d来估计该时刻y和!'之间的信
道衰减值c^, = /pmax ，由下式计算出最小发送功率尸丄么)77* (T +/ ('') 、
G力
这里尸i!Lo^",是节点z'当前的多址干扰MAI，它是由/周围所有正在发送邻居节点产生的；Z^)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，^Ld^。^rf是水声信道中各种噪 声功率之和。
(4) 节点从收到的RTS包中的"最大允许功率"域获得尸』^的值，结合其邻居节点情况选择一个合适的
发送功率《=，具体过程如下-
如果尸^f〉尸2;，说明节点/处的MAI很大，/回送一个CTS包，通知/它不能处理它的发送，_/退 避一段随机选择的时间以后再重新发送RTS包。
如果/^)S《g,令知=(尸^ —尸^))/iV,，其中iV,为网络中节点的最大邻居数；如果该时
刻/的邻居节点数为M ,那么在区间[(A^-l)A/7,iV,.厶p]中等概率地随机选取一个值AP ，那么 《^2 =尸riS) + AP ，《=为z'所确定的作为将来_/发送数据包时的发送功率。
(5) 节点Z'由《^计算出冗余干扰功率尸i;l〃e^"&"ee，它表示除了当前的MAI， /还可以承受来自于邻
居节点额外的MAI的大小。/通过监听邻居节点发送的RTS/CTS来获得最近一段时间其邻居节点中活跃 邻居节点的大致数目iV^ive,将冗余干扰功率尸l^-mftmrf。"M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《L=。
节点f'在CTS包的"发送功率"域写入i^"l。除此以外，在"干扰容限"域中写入尸。忠 ^,并且将
此CTS包回送给终端/， CTS包的发送功率也为尸m^,使用公共扩频码。
(6) 节点/的一个的潜在的干扰终端A:可以监听到/的CTS包,设A;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/之间的信道衰减(^,.。由G^和从z'的CTS包的"干扰容限"
域中得到的/^Lw ，通过下式计算出功率:
r"€《、 J
(7) 当终端/收到终端z'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《=，
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/收到数据包后，它先检査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y，它就直接用该数据包作为y和/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y'的，就正常响应一个ACK包。这样_/和/就完成了一 次交互过程。
在所述的一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法中，所述的控制包和数据包中的"接收节点 序号"为目的节点标识，"发送节点序号"域为当前发送节点标识。
在所述的一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法中，所述的公共扩频码和基于发送端的CDMA 扩频码是完全正交的，而用于发送数据包的各个不同的CDMA扩频码之间由于水声信道的时延和其自身 的构造是不完全正交的。
在所述的一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法中，所述的包发送功率的最大值为Pmax ，所 述的网络中终端的最大邻居数为iVn^ ，所述的接收机正确解码收到的包所需的有用信号能量和噪声功率
谱之比的阈值为77*，这些量都是预先设定好的，对于所有节点都是相同的。 本发明的优点和效果在于
1. 利用CDMA技术可以提高信道的可重用性，降低了控制包和数据包的等待和重传概率，从而降低了信 息传输时的端到端时延。同时将扩频码分为相互正交的公共码和基于发送端CDMA的扩频码，这样既可 以利用有限的水声信道带宽，又可以使控制包和数据包的互不千扰地传输。
2. 采用分布式功率控制机制，参与信息传输的节点在保证不影响其邻居节点收发的前提下，根据网络状况 动态地控制并调整数据包的发送功率，使接收端尽可能多的正确接收数据包，解决了 CDMA中存在的远 近效应问题，提高了网络的吞吐量，同时降低了网络的能量消耗，从而有效地延长了网络的寿命。
3. 在特定的情况下，接收节点直接用数据包而不是ACK回应，最大程度地提高了网络的吞吐量。
本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。
图1--个简单的发送一接收实例。
图2——控制包的结构。 图3——数据包的结构。 图4——实验中参数的配置情况。 图5——不同负载条件下整个网络的吞吐量变化曲线图。 图6——不同负载条件下整个网络的端到端时延变化曲线图。 图7——不同负载条件下整个网络的能量消耗变化曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明所述的技术方案作进一步的阐述。
图1是基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法的一个简单的发送接收实例。从该实例中可以归纳 出分布式功率控制的基本原则。4个节点f、 _/、 fc、 S的关系如图l所示。虚线圆代表位于其中心的节点
的最大发送范围。可以看出，/和S是y的邻居节点，y和A是/的邻居节点。假设_/要向；发送数据包，
那么它的发送功率《=必须满足两个条件 '首先，如果y的邻居节点J正在接收来自别的节点的数据包(图中的虚线箭头)，那么y'的发送功率
^^不能超过一定的值，以保证不影响s的接收。
其次，如果接收节点/收到来自于其邻居节点A:的干扰(图中的虚线箭头)，那么y的发送功率尸丄^不
能低于一定的值，以保证/的接收信号与噪声加干扰的比率大于阈值774，从而使/正确接收数据包。
这样就可以有效地避免远近效应的发生，但是由于水声网络拓扑结构和网络负载是动态变化的，所以 在以上两个条件满足的前提下，根据网络状况动态地控制并调整数据包的发送功率，使接收端尽可能多的 正确接收数据包，这就是该媒质访问方法的基本原则和出发点。
一. 用于传输的包的结构和扩频码的设计 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，如图2所示。其中"类型"域根据具 体情况设置为RTS, CTS或ACK。"接收节点序号"为目的节点标识，"发送节点序号"域为发送节点标 识。在发送RTS包时要设置"最大允许功率"域，发送CTS包时要设置"发送功率"和"干扰容限"域， 各相关域的具体含义在需要设置时再做说明。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。"接收节点序号"和"发送节点序号"域的含义与控制包中的同名域含义相 同，"发送功率"域用来记录数据包的发送功率."数据信息"域保存着需要发送的数据信息。
由于水声信道的可用频带带宽有限，所以采用单信道传输。为了保证控制包和数据包互不干扰，我们 可以设计这样一种扩频码在传输控制包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。在这里，公共扩频码和基于发送端的CDMA扩频码之间是完全正交的，而各个不同的基于 发送端的CDMA扩频码之间由于水声信道的时延和其本身的构造而具有不完全的正交性。所以在现有接收 技术的支持下，可以保证控制包和数据包之间互不干扰，而数据包之间的干扰是不可忽略的。
二. 基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法的具体步骤
(1) 如果节点y要发送一个包给节点；，它首先在信道上以最大功率尸 ^,并且使用公共扩频码来发送
一个RTS包，把最大允许功率等级户ig设置到RTS包的"最大允许功率"域中，这个功率为在不打断其
邻居节点(如图1中的节点s)正在进行的接收的条件下，y可以使用的最大发送功率。如何计算并得到 这个功率值将在步骤5中讨论。
(2) 收到RTS包以后，节点/使用已知的/>max值和实际接收功率i^^,ved来估计该时刻_/和/之间的信道
衰减 =《^^/尸 ^。由于阈值/7'己知，由(式l)可以计算出最小发送功率i^)。 n*C/> +/>('') 、
这里尸」^-o^",是节点z'当前的多址干扰MAI,它是由/的所有正在发送邻居节点产生的。i^:)是为 了使节点/可以在现有的干扰强度下正确的解码数据包，节点_/所需的最小发送功率。这也意味着如果以i>^;)的功率发送，接收节点z'就不能再承受任何额外的MAI 了 。
(3)节点/从收到的RTS包中的中的"最大允许功率"域获得尸^)的值，并且按(式l)计算出尸丄f，
结合其邻居节点情况选择一个合适的发送功率《=，《=为/所确定的作为将来_/发送数据包时的发送功 率，具体过程如下
如果户r2i) >《2,说明节点/处的mai很大。f'回送一个cts包，通知y它不能处理它的发送，这
样/就不用立刻重传rts包，而是退避一段时间以后再重新进行控制包的交互，从而节省了能量。
如果《^ S《g ，那么/根据其邻居节点个数在i^)和《3之间选择一个合适的值作为《=。令
△P =(《fi—AfVWmax 。如果该时刻/的邻居节点数为^'那么在区间[(iV,-1)A^iV,.A/7]中等概率地
随机选取一个值A尸，那么i^^-i^:)+AP。这样选择的好处是如果节点/的邻居节点较少，那么在z'
接收时它的邻居节点同时进行的发送的概率也相对较小，对/的干扰较小，选择的/^2值靠近i^么)，可
以节省数据包的发送功率，从而节省能量。反之，如过!'的邻居节点较多，那么在f接收时它的邻居节点同 时进行的发送也相对较多，对!'的干扰较大，这时选择的i^^值靠近i^g，这样使得后面计算出的冗余
干扰功率/^Hedun^ee较大，分配到1'的邻居节点的也较大，从而使得邻居节点不会因为影响到/
正在进行的接收而推迟它的发送，这样可以有效地提高网络的吞吐量。
(0
(4)仿照(式l),有《￡ = " +尸"*/贿》 (式2)
^巾尸i^-to^脏^y&※ffl^^功帛4^后，^正，M^Wfril下，/所能承受W員大mai功率。
(式2)—(式i) 八p 二 ^ (^^/-/o/gMwcg — ) 二^^4/ (式3)
G力 G力
其中Ai^^是解扩后/所能承受的冗余干扰功率。从而由CDMA系统的解扩前后的功率转换关系可以
得到解扩前的冗余干扰功率尸12/-^/ ^""(见(式4〉)，它表示除了当前的mai， /还可以承受来自于周 围节点额外的mai的大小。
/>") — !^AP(') 一 3￡G々A/> (#4)
节点/将冗余干扰功率户忍p,e^^。，^公平地分配到其活跃的邻居节点。通过监听到的rts/cts来获 得最近一段时间/的邻居节点中活跃节点的大致数目a^)wve ，那么分配给每个活跃节点的/的干扰容限为<formula>formula see original document page 9</formula>
当对y的RTS做出回应时，节点i在CTS包(具体结构见图2)的"发送功率"域中写入《=。除此以外，节点/在"干扰容限"域中写入尸a(^^rf，并且将此CTS包回送给终端_/。 CTS包的发送功率也为户m^，使用公共扩频码。
(5) 节点i'的一个潜在的干扰终端(图1中的A:)监听到/的CTS包(设A;在某小段时间内共收到尺个这样的包)，它使用接收到的信号强度来计算自身和终端/之间的信道衰减&。由Gh和从CTS包的"干扰
容限"域中得到的/^^^,通过(式6)计算出功率尸=),该功率的含义已做过说明。
《=^{《二/04 (式6)
(6) 当终端y收到终端/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"^，
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(数据包的结构如图3所示)。
(7) 当接收端/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/,它就直接用该数据包作为7'和/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_/的，就正常响应一个ACK包。这样J和i'就完成了一
次数据交互。三.性能评价
为了分析评价该媒质访问方法的性能，在实验中，我们设定10个节点随机分布于1000mX1000m的区域，采用无中心节点的分布式的网络拓扑结构，每个节点的最大发送范围为200m。各参数设置如图4所示。
在实验中我们将基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法(用UCDMA表示)和基于RTS-CTS-DATA-ACK并且不进行分布式功率控制的媒质访问控制方法(用General表示)进行对比。实验中用于比较的各个性能指标含义如下-
负载为整个网络单位时间内产生的数据包数目。吞吐量为单位时间内收到的数据包数目。端到端平均时延为一个数据包从产生到被接收节点成功接收所需要的平均时间。平均功率消耗为成功接收一个数据包所需要消耗的平均功率。
图5是不同负载条件下整个网络的吞吐量变化曲线图。可以发现随着General和UCDMA协议在网络负载到达各自的门限值后，吞吐量达到饱和且基本保持稳定，稳定以后UCDMA的吞吐量约比General高40%。这是因为UCDMA可以有效的利用信道，接收机在干扰条件下可以同时接收到来自不同节点的数据包。而在General中，控制包和数据包的碰撞率相对较高，并且节点一旦收到发往别的目的节点的控制包时就要等待，直到该包交互成功。另一方面，UCDMA在满足一定的条件下直接用数据包而不是用传统协议中的ACK回应。这些因素都使得网络的吞吐量得到了显著地提高。
图6是不同负载条件下整个网络的端到端时延变化曲线图。在低负载情况下，由于产生的数据包不需要在队列中等待，所以时延很小。但随着网络负载的增加，数据包在发送节点队列中等待的时间大大延长，所以平均时延明显增加，但是和General相比，UCDMA的时延相对较小，这是由于该协议采用了功率控制技术，从而使由网络冲突带来的数据包等待和重传的概率大大降低。而General中由于包的碰撞率高，一旦发生碰撞就必须重传，所以时延相对较高。
图7是不同负载条件下整个网络的能量消耗变化曲线图。随着网络负载的增加，成功接收每个数据包所消耗的平均功率有缓慢上升的趋势，同时可以清楚的发现，由于UCDMA在发送数据包分组时釆用了动态功率控制措施，所以其平均功率消耗远远小于General,这样可以有效的节省能量，提高电池的寿命，从而延长网络的生命周期。
本发明请求保护的范围并不仅仅局限于本具体实施方式
的描述。
权利要求
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Pmax，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Pmap(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Pmax值和实际的接收功率Preceived(ij)来估计该时刻j和i之间的信道衰减值<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>G</mi> <mi>ji</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>P</mi> <mi>received</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>ij</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>/</mo><msub> <mi>P</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100240240002C1.tif" wi="33" he="5" top= "117" left = "23" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>由下式计算出最小发送功率Pmin(ji)<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>P</mi> <mi>min</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>ji</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msup> <mi>η</mi> <mo>*</mo></msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>P</mi><mi>background</mi> </msub> <mo>+</mo> <msubsup><mi>P</mi><mrow> <mi>MAI</mi> <mo>-</mo> <mi>current</mi></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <msub><mi>G</mi><mi>ji</mi> </msub></mfrac> </mrow>]]></math></maths>这里PMAI-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，Pbackground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Pmap(j)的值，结合其邻居节点情况选择一个合适的发送功率Prans(ji)，具体过程如下如果<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>P</mi> <mi>min</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>ji</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>></mo><msubsup> <mi>P</mi> <mi>map</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008100240240002C3.tif" wi="20" he="5" top= "196" left = "35" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>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<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>P</mi> <mi>min</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>ji</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>≤</mo><msubsup> <mi>P</mi> <mi>map</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2008100240240002C4.tif" wi="20" he="5" top= "214" left = "35" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>令<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Δp</mi><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>P</mi><mi>map</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>P</mi><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>ji</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub> <mi>N</mi> <mi>max</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2008100240240002C5.tif" wi="43" he="5" top= "214" left = "63" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中Nmax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Ni，那么在区间[(Ni-1)Δp，NiΔp]中等概率地随机选取一个值ΔP，那么<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>P</mi> <mi>trans</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>ji</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>P</mi> <mi>min</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>ji</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>ΔP</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2008100240240002C6.tif" wi="30" he="5" top= "236" left = "20" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>Ptrans(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Ptrans(ji)计算出冗余干扰功率PMAI-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Nactive(i)，将冗余干扰功率PMAI-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<maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>P</mi> <mi>allowed</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>P</mi> <mrow><mi>MAI</mi><mo>-</mo><mi>redundance</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>/</mo><msubsup> <mi>N</mi> <mi>active</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0007" file="A2008100240240003C1.tif" wi="48" he="5" top= "29" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>节点i在CTS包的“发送功率”域写入Ptrans(ji)；除此以外，在“干扰容限”域中写入Pallowed(i)，并且将此CTS包回送给终端j；CTS包的发送功率也为Pmax，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Gki；由Gki和从i的CTS包的“干扰容限”域中得到的Pallowed(i)，通过下式计算出功率Pmap(k)<maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>P</mi> <mi>map</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><munder> <mi>min</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>∈</mo><mi>K</mi> </mrow></munder><mo>{</mo><msubsup> <mi>P</mi> <mi>allowed</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>/</mo><msub> <mi>G</mi> <mi>kn</mi></msub><mo>}</mo> </mrow>]]></math></maths>(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Ptrans(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。
2. 根据权利要求1所述的一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法，其特征在于，所述的控制包和 数据包中的"接收节点序号"为目的节点标识，"发送节点序号"域为当前发送节点标识。
3. 根据权利要求1所述的一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法，其特征在于，所述的公共扩频 码和基于发送端的CDMA扩频码是完全正交的，而用于发送数据包的各个不同的CDMA扩频码之间由于 水声信道的时延和其自身的构造，是不完全正交的。
4. 根据权利要求1所述的一种基于CDMA水声网络的媒质访问控制方法，其特征在于，所述的包发送功 率的最大值为尸m^，所述的网络中终端的最大邻居数为A^M,所述的接收机正确解码收到的包所需的有用信号能量和噪声功率谱之比的阈值为^，这些量都是预先设定好的，对于所有节点都是相同的。
全文摘要
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。
文档编号H04B13/00GK101567707SQ20081002402
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者华 余, 吉 奚, 力 赵, 邹采荣, 昕 魏 申请人:力 赵