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研究人員提出一種新型高效的水聲網絡移動節點接入協議
2020/09/18 | 作者:水声工程中心 黄静 | 【 【打印】【關閉】

  AUVAutonomous Underwater Vehicle)等可移動的節點能靈活開展大範圍的水下探測工作,但它們在由固定節點構成的水下傳感器網絡中進行上行鏈路傳輸時會加劇網絡碰撞,從而導致固定節點間數據傳輸中斷。

  爲了不影響固定節點數據包傳輸,同時保證移動節點及時接入,中科院聲學所水聲工程中心博士生黃靜與其導師黃海甯研究員、遲騁博士等人提出了基于順序調度與查詢機制的多址接入控制協議(SQ-MAC),該協議具有比其他同類協議更高的固定節點吞吐量和更低的移動接入時延。

  相關研究成果20206月發表于國際學術期刊 Journal of Communications and Information Networks

  研究人員首先分析了握手交互階段的控制包碰撞情況,提出了控制包發送順序的調整機制以實現固定節點的成功預約;在握手結束後,根據接收端是否收到移動節點的入網請求,設計了ORDERQUERY/START兩套方案,通過QUERY的主動查詢,爲移動節點分配更高的優先級,保證移動節點及時入網。最後,將數據包的傳輸順序規劃轉化爲旅行商問題,利用最大最小蟻群算法確定順序調度。

  研究人員將SQ-MACTDMANP-CSMA進行對比。TDMA是常用的基于調度的協議,能夠爲每個源節點分配固定的發送時隙,雖然能避免碰撞但需要嚴格的時間同步;NP-CSMA協議是典型的基于競爭的MAC協議,在大时延和存在突发数据的情况下,可能由于载波侦听的不准确加剧碰撞。实验结果表明,與这两种協議相比,SQ-MAC的固定節點吞吐量至少提高了20%,移動節點的接入時延最多能降低90%,且移動節點的接入成功率始終大于90%

  本研究爲實現移動節點的無碰撞及時入網和上行鏈路傳輸提供了可行思路,後續將在此基礎上研究多移動節點高效接入的方案。

  該研究得到國家重點基礎研發計劃(項目編號2018YFC1405904)資助。

  

  圖1 所提協議時序圖(圖/中科院聲學所)

  

  圖2 固定節點吞吐量(左)和移動節點接入時延(右)(圖/中科院聲學所)

  關鍵詞:

  順序調度;查詢;水聲網絡;移動節點;MAC協議

  參考文獻:

  HUANG Jing, CHI Cheng, WANG Wei, HUANG Haining. A Sequence-Scheduled and Query-Based MAC Protocol for Underwater Acoustic Networks with a Mobile Node. Journal of Communications and Information Networks, June 2020, 5(2): 150-159. DOI: 10.23919/JCIN.2020.9130431.

  論文鏈接:

  https://ieeexplore.ieee.org/document/9130431

 
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