一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法及系統(tǒng)，所述方法包含：步驟101）源節(jié)點和目的節(jié)點之間采用多個RTS和多個CTS來探測信道的衰減情況，找出最接近信道情況的最小發(fā)射功率；步驟102）源節(jié)點以最小發(fā)射功率向目的節(jié)點發(fā)射數(shù)據(jù)包。所述步驟101）包含：假設(shè)RTS、CTS和ACK信號的持續(xù)時間均為Tctrl，DATA信號的持續(xù)時間為Tdata：步驟101-1）源節(jié)點先發(fā)送RTS探測序列，所述RTS探測序列由n個不同發(fā)射功率的RTS組成；步驟101-2）目的節(jié)點接收RTS探測序列，并記錄其正確接收到的第一個RTS的功率級別，然后發(fā)送CTS探測序列；步驟101-3）源節(jié)點接收CTS序列，并記錄其正確接收到的第一個CTS的功率級別，源節(jié)點以該功率向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
【專利說明】一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水聲網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計了一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，該方法針對水聲信道傳播損失隨距離增加而平方增大和信道起伏的特點，使用多個不同發(fā)射功率的RTS和CTS，來確定數(shù)據(jù)包的有效發(fā)射功率。本發(fā)明主要應(yīng)用于水聲網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體本發(fā)明提供了一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋面積占地球面積的70%以上，水聲網(wǎng)絡(luò)是有效的海洋探測手段，它在海洋測量、資源勘探、災(zāi)害預(yù)報以及軍事等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于水聲網(wǎng)絡(luò)一般肩負著較長時間的海洋監(jiān)測任務(wù)，因此需要達到能量的有效使用，減少能量的浪費。由于水聲信號隨距離增加而迅速衰減，因此不同距離上的節(jié)點間通信應(yīng)該采用不同的發(fā)射功率以盡可能的節(jié)約能量，而當(dāng)前的水聲網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計中，一般節(jié)點的發(fā)射功率都設(shè)置為最大發(fā)射功率，這就大大增加了能量的消耗。
[0003]目前的研究中，多采用接收信號的信噪比估計來決定發(fā)射功率，這種方法利用了信道的對稱性，但是依賴于物理層功能，而且不能很好的把發(fā)射功率和數(shù)據(jù)實際接收情況關(guān)聯(lián)起來。
[0004]在MACAW協(xié)議中，每次數(shù)據(jù)通信之前都要進行一次RTS/CTS交互，與無線網(wǎng)絡(luò)不同，由于水聲傳播速度很慢，當(dāng)距離尺度較大時，決定通信效率的主要因素是節(jié)點間的距離，而受RTS、CTS的時間長度影響較小，因此我們可以采用多個RTS和多個CTS來探測信道的衰減情況，找出最接近信道情況的最小發(fā)射功率，然后以最小發(fā)射功率來發(fā)射數(shù)據(jù)包，這樣雖然RTS、CTS的能量消耗增加，但是由于RTS、CTS的長度一般遠遠小于DATA的長度，因此能減少總體的能量消耗，延長了節(jié)點的生存時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明針對水聲信道衰減快、起伏嚴(yán)重的特點，設(shè)計了一種自適應(yīng)功率控制方法，即本發(fā)明提供了一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法及系統(tǒng)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，該方法基于MACAW協(xié)議，其特征在于，所述方法包含:
[0007]步驟101)源節(jié)點和目的節(jié)點之間采用多個RTS和多個CTS來探測信道的衰減情況，找出最接近信道情況的最小發(fā)射功率；
[0008]步驟102)然后源節(jié)點以最小發(fā)射功率向目的節(jié)點發(fā)射數(shù)據(jù)包。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述步驟101)進一步包含如下子步驟:
[0010]假設(shè)RTS、CTS和ACK信號的持續(xù)時間均為Tetri，DATA信號的持續(xù)時間為Tdata:其中，上述各信號的持續(xù)時間值由實際采用的信號的比特長度和信號的通信速率決定，而信號的比特長度和信號的通信速率是預(yù)置的。[0011]步驟101-1)源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)前，先發(fā)送RTS探測序列，所述RTS探測序列由η個不同發(fā)射功率的RTS組成，其中每個RTS的功率表達式如下:
[0012]Prts W=Pniin+(P眶-Pniin) *i/n; I ^ i ^ η (I)
[0013]其中，Prts(i)表示RTS探測序列中第i個RTS的發(fā)射功率，Pmax表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最大發(fā)射功率，Pmin表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最小發(fā)射功率；
[0014]步驟101-2)目的節(jié)點接收RTS探測序列，并記錄其正確接收到的第一個RTS的功率級別Prts (N)，然后發(fā)送m個CTS探測序列，所述CTS探測序列由m個不同發(fā)射功率的CTS組成，其中每個CTS的功率表達式如下:
[0015]Pcts (i，N) =Prts (N-1)+ (Prts (N)-Prts (N-1) im (2)
[0016]其中，Prts (i，N)表示CTS探測序列中第i個CTS的發(fā)射功率，Pmax表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最大發(fā)射功率，Pmin表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最小發(fā)射功率；
[0017]步驟101-3)源節(jié)點接收CTS序列，并記錄其正確接收到的第一個CTS的功率級別Prts(M)，源節(jié)點以該功率向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述步驟101-3)之后還包含:
[0019]目的節(jié)點接收到DATA幀后，以最大功率Pmax向源節(jié)點發(fā)送ACK幀。
[0020]優(yōu)化的，所述m和η取值為:
【權(quán)利要求】
1.一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，該方法基于MACAW協(xié)議，其特征在于，所述方法包含: 步驟101)源節(jié)點和目的節(jié)點之間采用多個RTS和多個CTS來探測信道的衰減情況，找出最接近信道情況的最小發(fā)射功率； 步驟102)然后源節(jié)點以最小發(fā)射功率向目的節(jié)點發(fā)射數(shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，其特征在于，所述步驟101)進一步包含如下子步驟: 假設(shè)RTS、CTS和ACK信號的持續(xù)時間均為Tetri, DATA信號的持續(xù)時間為Tdata: 步驟101-1)源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)前，先發(fā)送RTS探測序列，所述RTS探測序列由η個不同發(fā)射功率的RTS組成，其中每個RTS的功率表達式如下:
Prts (i) =Pmin+ (--^義 J *l/n ； I ^ I ^ Π (I) 其中，Prts(i)表示RTS探測序列中第i個RTS的發(fā)射功率，Pmax表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最大發(fā)射功率，Pmin表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最小發(fā)射功率； 步驟101-2)目的節(jié)點接收RTS探測序列，并記錄其正確接收到的第一個RTS的功率級別Prts(N)，然后發(fā)送m個CTS探測序列，所述CTS探測序列由m個不同發(fā)射功率的CTS組成，其中每個CTS的功率表達式如下:
Pcts (i，N) =Prts (N-1)+ (Prts (N)-Prts (N-1)I ^ i(2) 其中，Pc^a, N)表示CTS探測序列中第i個CTS的發(fā)射功率，Pmax表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最大發(fā)射功率，Pniin表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最小發(fā)射功率； 步驟101-3)源節(jié)點接收CTS序列，并記錄其正確接收到的第一個CTS的功率級別Prts(M)，源節(jié)點以該功率向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，其特征在于，所述步驟101-3)之后還包含: 目的節(jié)點接收到DATA幀后，以最大功率Pmax向源節(jié)點發(fā)送ACK幀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，其特征在于，所述m和η取值為:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，其特征在于，所述RTS、CTS幀格式分別如下: 表1 RTS幀格式 I I I 234 I 5678 I RTS 標(biāo) I IJ ?Π?點 mm m Ilxift η 取tfiRTS Ir；發(fā)W功 IK I點K設(shè)'列申.I 表2 CTS幀格式
6.一種適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于MACAW協(xié)議，其特征在于，所述系統(tǒng)包含設(shè)置于各個節(jié)點上的: RTS探測序列發(fā)射模塊，用于向目的節(jié)點發(fā)送RTS探測序列； CTS探測序列發(fā)射模塊，用于向源節(jié)點發(fā)送CTS探測序列； 第一記錄模塊，用于記錄正確接收到的第一個RTS的功率級別； 第一處理模塊，用于依據(jù)正確接收到的第一個RTS的功率級別計算CTS探測序列包含的每個CTS信號的發(fā)射功率級別； 第二記錄模塊，用于記錄正確接收到的第一個CTS信號的功率級別； 最小發(fā)射功率輸出模塊，用于將所述第一個CTS信號的功率級別作為源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的最小發(fā)射功率值； 其中，所述各個節(jié)點能過作為源節(jié)點也能作為目的節(jié)點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理模塊采用如下 策略確定CTS信號的發(fā)射功率: 假設(shè)RTS、CTS, ACK的信號持續(xù)時間為Tetal，DATA的信號持續(xù)時間為Tdata ； 位于源節(jié)點的RTS探測序列發(fā)子送模塊，用于源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)前，先發(fā)送RTS探測序列，RTS探測序列由η個不同發(fā)射功率的RTS組成，功率表達式如下:
Prts ⑴=Pmin+ (Pmax-Pmin) *?/π； I ^ I ^ Π (3) 其中，prts(i)表示RTS探測序列中第i個RTS的發(fā)射功率，Pmax表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最大發(fā)射功率，Pmin表示協(xié)議預(yù)設(shè)置的最小發(fā)射功率； 目的節(jié)點接收到RTS后，記錄正確接收到的第一個RTS的功率級別Prts (N)，然后發(fā)送m個CTS探測序列，CTS探測序列由m個不同發(fā)射功率的CTS組成，每個CTS信號的功率表達式如下:
Pcts (i，N) =Prts (N-1)+ (Prts (N)-Prts (N-1)I ^ i(4) 其中，Pets (i，N)表示CTS探測序列中第i個CTS的發(fā)射功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)點還包含: 確認信息回饋模塊，用于接收到DATA幀后，以最大功率向源節(jié)點發(fā)送ACK幀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述m和η取值為:
'm* + Lnf -XI； =0.1B1



rrt ，其中^ =L=^l
P _ P * 1.°
Iiiisc IiilnCtrl
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制方法，其特征在于，所述RTS、CTS幀格式分別如下:
【文檔編號】H04W52/04GK103475426SQ201210225195
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】劉旬, 劉磊, 李宇, 張春華, 黃海寧 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所