水聲移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究

李海雷，張洪剛，黃靖航

（海軍工程大學(xué) 兵器工程學(xué)院，湖北 武漢 430033）

0 引 言

通信作為信息的重要傳播技術(shù)，引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展。其應(yīng)用可涵蓋海、陸、空，就目前的發(fā)展來(lái)看，陸域的因特網(wǎng)和空域的無(wú)線電傳輸已經(jīng)取得成熟的應(yīng)用。而在水下，只有聲信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸，但由于水聲信道多變且復(fù)雜，存在著長(zhǎng)時(shí)延、強(qiáng)多途、快起伏、大衰減、嚴(yán)帶限、高噪聲等固有特性，使得通信技術(shù)在水下的應(yīng)用研究明顯滯后。當(dāng)前各國(guó)都投入大量的人力、財(cái)力、物力著重發(fā)展水聲通信技術(shù)，充分體現(xiàn)了其在未來(lái)發(fā)展的重要性。

水聲通信網(wǎng)絡(luò)（Underwater Acoustic Communication Network, UACN）是以聲波為信息載體組成的水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，UACN在海洋領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)研究中具有重要作用，可廣泛應(yīng)用于海洋科學(xué)研究、氣象水文數(shù)據(jù)采集、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、海洋地質(zhì)勘探、洋流運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)獲取、海洋災(zāi)難預(yù)警救助等方面。在軍事領(lǐng)域，UACN可為水下作戰(zhàn)提供通信、探測(cè)、定位和導(dǎo)航所需的信息傳輸互聯(lián)功能，特別是對(duì)水下偵察和作戰(zhàn)群體的管理、指揮、調(diào)度具有重要作用，是未來(lái)水下信息化無(wú)人戰(zhàn)、智能戰(zhàn)的重要技術(shù)支撐。

海洋興則國(guó)興，我國(guó)當(dāng)前及未來(lái)的安全挑戰(zhàn)主要來(lái)自海上，相對(duì)于陸空域無(wú)人化、智能化集群作戰(zhàn)的蓬勃發(fā)展，水下方向作戰(zhàn)的多平臺(tái)協(xié)同、集群作戰(zhàn)的研究進(jìn)展明顯滯后，其根本原因是水聲通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有突破。例如在水下反潛作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)平臺(tái)包括水面艦艇、潛艇、反潛飛機(jī)及UUV等，不同平臺(tái)發(fā)射的攻擊武器入水后無(wú)法有效協(xié)同，甚至?xí)嗷ジ蓴_。如果水下節(jié)點(diǎn)基于水聲通信技術(shù)形成移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息互通，共享戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，必然會(huì)帶來(lái)作戰(zhàn)效能的跨越式提升。

國(guó)外在水聲通信領(lǐng)域的研究起步較早，主要成果有美國(guó)發(fā)展的Seaweb項(xiàng)目，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展的可部署分布自主系統(tǒng)（DADS）。歐洲在MAST計(jì)劃支持下發(fā)展了淺海聲通信網(wǎng)絡(luò)SWAN、淺海長(zhǎng)距離穩(wěn)健聲鏈路等項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)多所大學(xué)、研究所近年來(lái)加強(qiáng)了水聲通信領(lǐng)域的研究，研究成果覆蓋水聲通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的諸多層級(jí)，部分試驗(yàn)結(jié)果已與國(guó)外水平相當(dāng)。然而，綜合來(lái)看，我國(guó)水聲通信技術(shù)仍落后于西方主要國(guó)家。本文基于此背景展開(kāi)研究，首先分析了目前水聲通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與水聲信道特性，然后針對(duì)水下多平臺(tái)協(xié)同攻擊需求對(duì)比分析了典型水聲MAC協(xié)議特征及其在水下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的適用性，并在此基礎(chǔ)上提出了可用于水下小規(guī)模移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議初步設(shè)計(jì)。

1 水聲通信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

目前水聲通信主要解決兩個(gè)問(wèn)題，一是點(diǎn)到點(diǎn)的2個(gè)信息源間的通信；二是在聲通信的基礎(chǔ)上進(jìn)行組網(wǎng)，即解決多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)共享水介質(zhì)信道時(shí)的信息交互問(wèn)題。

基于國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI）的網(wǎng)絡(luò)通信分層和結(jié)構(gòu)劃分，可將水聲通信網(wǎng)絡(luò)UACN簡(jiǎn)化為三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 OSI與簡(jiǎn)化的UACN分層結(jié)構(gòu)

（1）物理層：進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的發(fā)送與接收，處于通信最底層與信道直接相關(guān)，包括信號(hào)調(diào)制解調(diào)、信道編碼等；

（2）數(shù)據(jù)鏈路層：主要是通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，包括為每個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)公平有效的分享帶寬資源，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的傳送，并進(jìn)行必要的同步控制、差錯(cuò)控制與流量控制；

（3）網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸路徑的建立，完成路由與傳輸功能。

本文針對(duì)水聲通信網(wǎng)絡(luò)UACN分層結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議開(kāi)展研究。由于水下信道復(fù)雜多變，水聲通信領(lǐng)域的研究成果大多是在特定條件下，基于無(wú)線電經(jīng)典協(xié)議的適應(yīng)性改進(jìn)，當(dāng)前國(guó)際上并未建立適合水下各種條件的通用水聲通信標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的研究，應(yīng)該突破陸空域無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的系列標(biāo)準(zhǔn)，探尋一種不同于無(wú)線電傳輸?shù)亩x模式。尤其應(yīng)該探討針對(duì)不同信道條件、不同應(yīng)用需求等特定應(yīng)用的個(gè)性化水聲通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

2 水聲通信的信道特性

水聲通信的信道特性包括時(shí)變、空變、頻變，隨季節(jié)、氣候等不確定性因素而致的隨機(jī)性，以及有限的信道帶寬等，而對(duì)于水下移動(dòng)通信節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)多普勒效應(yīng)也是考慮的重點(diǎn)。

由于海水介質(zhì)本身的吸收、波陣面擴(kuò)展、聲線彎曲以及海水介質(zhì)的不均勻性等導(dǎo)致聲傳播有著嚴(yán)重的衰減。水聲信號(hào)傳播衰減主要包括幾何擴(kuò)展損失TL和水介質(zhì)的吸收損失TL，其中，TL隨工作頻率的提高迅速增大：

對(duì)于水聲通信信道帶寬受限情況，上、下邊頻的傳播衰減起伏對(duì)水聲通信的影響不容忽視。如果水聲通信頻帶選取2～4 kHz，對(duì)于通信距離=50 km，其上、下邊頻傳播損失相差5 dB，即使=100 km，傳播損失也僅相差10 dB，進(jìn)行合理的電路或信號(hào)處理設(shè)計(jì)就可以適應(yīng)。但如果信號(hào)頻率取2～8 kHz，在=50 km和=100 km條件下TL就分別變?yōu)?0 dB和39 dB，接收處理部分很難適應(yīng)。由此可見(jiàn)，不僅聲傳播衰減隨頻率升高急劇增大，且由此帶來(lái)實(shí)際可利用的頻帶寬度非常有限。不同頻率（）和傳輸距離（）下的TL見(jiàn)表1所列。

表1 不同頻率（f）和傳輸距離（r）下的TL（dB/km）

強(qiáng)多途徑效應(yīng)也是制約水聲通信應(yīng)用的一個(gè)重要因素。由于海水介質(zhì)不均勻性、海面和海底的反射、水中折射等因素，聲線傳播有多條路徑，接收端的聲場(chǎng)可看做是到達(dá)聲線的疊加，造成了多途效應(yīng)。圖2所示為節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)沿著多條不同路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的示意圖。多途效應(yīng)對(duì)于接收信號(hào)的影響包括信號(hào)幅度的隨機(jī)起伏和衰落，在時(shí)域上表現(xiàn)為信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)散和碼間干擾，頻域上體現(xiàn)為頻率選擇性衰落。沿不同路徑傳播的信號(hào)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的時(shí)間不同，使得信號(hào)的振幅與相位的相關(guān)性減弱，給信號(hào)解調(diào)帶來(lái)了極大困難。

圖2 水聲信道的多途效應(yīng)

水聲通信發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的相互移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。此外，海洋介質(zhì)的不均勻性，即信道的時(shí)變、空變性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生多普勒頻散。由于水下聲速約為1 500 m/s，比電磁波傳播速度小5個(gè)數(shù)量級(jí)，水聲通信節(jié)點(diǎn)較小的移動(dòng)速度就會(huì)造成明顯的多普勒頻移。水聲信道的載波頻率低，帶寬有限，再疊加較強(qiáng)的多普勒頻移，導(dǎo)致水聲信道的通信性能降低，高速率傳輸易引起接收端相鄰碼元的干涉。

綜上，關(guān)于水聲通信信道高多普勒、強(qiáng)起伏、快時(shí)變等典型特性，對(duì)于水下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的水聲通信必然導(dǎo)致高誤碼率、不穩(wěn)定、作用距離近等問(wèn)題。在復(fù)雜的海洋環(huán)境下如何提高通信速率，降低誤碼率具有空前的挑戰(zhàn)性。

3 水聲移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

在水聲網(wǎng)絡(luò)通信分層體系結(jié)構(gòu)中，MAC協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈路層的重要組成部分，也是受水聲信道影響在網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建中最具特色的內(nèi)容。MAC協(xié)議將信道資源分配給用戶，實(shí)現(xiàn)多用戶公平、高效共享帶寬資源，避免碰撞和沖突。水聲通信中，MAC協(xié)議通常分為2類，分別是固定分配類MAC協(xié)議和隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)類MAC協(xié)議。固定分配多址方式就是在頻域、時(shí)域或碼域先將信道劃分成子信道，再將這些子信道分配給用戶；隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)多址方式則是競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)信道，用戶按自身意愿隨機(jī)發(fā)送信息，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)按協(xié)議處理。

3.1 固定多址接入?yún)f(xié)議

固定多址接入?yún)f(xié)議又稱靜態(tài)分配多址接入?yún)f(xié)議，典型的固定多址接入?yún)f(xié)議有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）等。

FDMA協(xié)議將通信系統(tǒng)的有限可用頻帶劃分為若干等間隔頻段，每個(gè)用戶指定唯一的頻段或信道。分配好信道后，收發(fā)雙方可連續(xù)不斷地發(fā)射且不受干擾。FDMA技術(shù)存在信道帶寬利用率低、不同頻段頻率選擇性衰落等問(wèn)題。綜合來(lái)看，頻分多址技術(shù)對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)較多且數(shù)量變化快，突發(fā)性強(qiáng)的水下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)并不適合。FDMA協(xié)議原理如圖3所示。

圖3 FDMA協(xié)議原理

CDMA協(xié)議利用擴(kuò)頻編碼調(diào)制信息流，比如用帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行調(diào)制，不同的用戶使用相關(guān)性較低的偽隨機(jī)序列碼，從而擴(kuò)展原數(shù)據(jù)帶寬。CDMA的優(yōu)勢(shì)是在抗頻率選擇性衰落方面魯棒性更高，具有更強(qiáng)的抗多途干擾能力和保密性，這對(duì)于軍用水聲通信網(wǎng)絡(luò)尤為重要。但CDMA系統(tǒng)容量會(huì)受多址干擾的限制，同時(shí)其存在遠(yuǎn)近效應(yīng)。對(duì)于活動(dòng)范圍變化較大的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由于距離變化和信道空變特性會(huì)影響接收端的聲壓值，必須調(diào)整發(fā)射功率和碼長(zhǎng)度來(lái)適應(yīng)，并不斷更新設(shè)置值，此舉增加了水聲網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。CDMA協(xié)議原理如圖4所示。

圖4 CDMA協(xié)議原理

TDMA協(xié)議將時(shí)間分成周期性的幀，每幀再分成若干個(gè)時(shí)隙，然后按照一定的時(shí)隙分配原則使用戶在指定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。TDMA的優(yōu)點(diǎn)是靈活性強(qiáng)，即一幀中分配給不同用戶的時(shí)隙數(shù)目可改變，因此可以利用優(yōu)先級(jí)重新分配時(shí)隙。但如果用戶在已分配的時(shí)隙上無(wú)數(shù)據(jù)傳輸，這段時(shí)間將被浪費(fèi)。由于水聲信號(hào)的傳播時(shí)延大，時(shí)隙間的保護(hù)間隔取決于最大傳播時(shí)延和同步精度，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)設(shè)置得足夠大，以免由于傳播時(shí)延的不同而引起碰撞，此舉導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量較低，因而不適合用于長(zhǎng)距離、大范圍、高吞吐率的水下通信組網(wǎng)。CDMA協(xié)議原理如圖5所示。

圖5 TDMA協(xié)議原理

3.2 隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)多址接入?yún)f(xié)議

隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)多址接入?yún)f(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)公平競(jìng)爭(zhēng)獲得信道使用權(quán)，無(wú)需提前分配。典型的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)類MAC協(xié)議有ALOHA協(xié)議、載波偵聽(tīng)多址接入（CSMA）、IEEE802.11協(xié)議（CSMA/CA）等。

ALOHA協(xié)議引入了數(shù)據(jù)包廣播結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可自由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。若不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)重合則沖突發(fā)生，這時(shí)需要按照重傳機(jī)制及時(shí)處理，直到通信成功。為檢測(cè)沖突，后續(xù)提出的ALOHA-CA和ALOHA-AN協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)偵聽(tīng)到的數(shù)據(jù)包信息與節(jié)點(diǎn)間的傳播時(shí)延進(jìn)行沖突避免。ALOHA協(xié)議適用于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不太高的稀疏網(wǎng)絡(luò)，特別是傳輸時(shí)間較短的突發(fā)性傳輸場(chǎng)景。

CSMA協(xié)議中如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要發(fā)送，首先需檢測(cè)信道是否空閑，若信道忙則等到空閑時(shí)再傳輸，這樣可以降低數(shù)據(jù)碰撞概率，提高系統(tǒng)利用率。如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到信道空閑后立即同時(shí)接入信道，將導(dǎo)致沖突。為避免這類沖突的發(fā)生，可以增加隨機(jī)退避時(shí)間或增加載波偵聽(tīng)，即CSMA/CA協(xié)議。由于水聲信道中的傳播時(shí)延大大高于陸空域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，因此在水下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中CSMA協(xié)議的性能無(wú)法保證。

3.3 水聲移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)需解決的問(wèn)題

相對(duì)于陸空域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，水聲無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮時(shí)延、隱藏與暴露終端問(wèn)題。

水下聲信號(hào)傳播速度約1 500 m/s，相比空氣中的無(wú)線電波相差5個(gè)數(shù)量級(jí)，因此具有嚴(yán)重的長(zhǎng)時(shí)延問(wèn)題。增加控制報(bào)文可以確保有效信息的無(wú)干擾轉(zhuǎn)發(fā)，但同時(shí)非有效信息占有一定時(shí)間，增加了傳輸過(guò)程的時(shí)延。如果減少類似RTS/CTS的握手次數(shù)，則會(huì)產(chǎn)生隱蔽終端或者暴露終端的問(wèn)題，影響傳輸效率。同時(shí)，由于水聲信道的高傳播延遲，2個(gè)站點(diǎn)是否沖突不僅取決于他們的發(fā)送時(shí)刻，還取決于他們的地理位置。對(duì)于水下移動(dòng)通信節(jié)點(diǎn)，其間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)態(tài)調(diào)整均會(huì)影響通信特性。

隱藏終端指一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸對(duì)于另一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸是隱藏的，在接收端造成沖突。暴露終端指節(jié)點(diǎn)不必要的推遲發(fā)送信息。隱藏終端與暴露終端降低了傳輸效率，浪費(fèi)有效時(shí)間。目前解決這類問(wèn)題的方法主要通過(guò)握手機(jī)制，但會(huì)導(dǎo)致控制信息占用較多的信道資源。尤其對(duì)于水下移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，握手機(jī)制大多數(shù)情況下會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)通信效率并增加時(shí)延。

從以上分析可以看出，時(shí)延問(wèn)題和終端問(wèn)題在解決方案上背道而馳，時(shí)延問(wèn)題的解決是通過(guò)減少節(jié)點(diǎn)間的握手次數(shù)，控制非有效信息的占用；而終端問(wèn)題的解決是增加控制報(bào)文來(lái)明確節(jié)點(diǎn)間的互通關(guān)系，進(jìn)而減少信息間的碰撞和沖突，提高信息的有效、有序傳輸。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)協(xié)議時(shí)必須綜合考量，根據(jù)設(shè)計(jì)需求和所處的水聲環(huán)境權(quán)衡設(shè)計(jì)。

4 水聲移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議方案設(shè)計(jì)

由于水聲通信信道的復(fù)雜性以及通信需求的多樣性，由前述分析可見(jiàn)，MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化目前難以實(shí)現(xiàn)。針對(duì)水聲移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信這一特定需求，給出以下幾種MAC協(xié)議方案設(shè)計(jì)。

4.1 混合MAC協(xié)議

混合模式的MAC協(xié)議主要針對(duì)水聲移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)不同環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，使用不同的接入模式，從而提升整體接入性能。為減小水聲信道多徑效應(yīng)引起的頻率選擇性衰落影響，采用適用于淺海水聲通信網(wǎng)的跳頻碼分多址（FHCDMA）方案，并將TDMA與CDMA技術(shù)相結(jié)合，作為水聲移動(dòng)通信網(wǎng)的多址接入方法。分布式拓?fù)涫菍⑾噜徆?jié)點(diǎn)歸入一個(gè)簇中，在簇內(nèi)使用TDMA，簇間使用CDMA接入，通過(guò)重用CDMA碼字實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)大小的改變。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，混合模式的MAC協(xié)議比較適合特定條件下的水聲通信。

4.2 合成包協(xié)議

由于信道的長(zhǎng)時(shí)延特征，若采用多次握手方式避免沖突，水下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在忙碌的信道傳輸中吞吐率明顯下降。因此在水下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮減少握手次數(shù)，可以基于一種合成包協(xié)議的思想進(jìn)行MAC協(xié)議設(shè)計(jì)。基本思想是將確認(rèn)幀和數(shù)據(jù)幀合成為一個(gè)包，節(jié)點(diǎn)同時(shí)將這個(gè)包發(fā)送給臨節(jié)點(diǎn)，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)對(duì)包中感興趣的部分進(jìn)行提取。同時(shí)利用傳輸過(guò)程的長(zhǎng)時(shí)延特征允許節(jié)點(diǎn)進(jìn)行其他處理，比如可以從信道隊(duì)列中接收下一個(gè)數(shù)據(jù)包。利用傳輸間隙進(jìn)行與多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，不僅節(jié)省了單獨(dú)分開(kāi)處理的時(shí)間，也改善了ALOHA協(xié)議在等待ACK幀期間新數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳遞的情況，在克服長(zhǎng)時(shí)延的同時(shí)又能較好地避免沖突。

4.3 定向訪問(wèn)MAC協(xié)議

當(dāng)前MAC協(xié)議設(shè)計(jì)大都基于全向通信模式，如果采用定向訪問(wèn)MAC協(xié)議，就能利用節(jié)點(diǎn)的位置信息，采用定向模式傳輸數(shù)據(jù)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)指向性換能器依序連續(xù)發(fā)送傳輸請(qǐng)求信號(hào)，并通過(guò)相對(duì)位置信息表來(lái)判別自己是否影響正在進(jìn)行的信息傳輸，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高效無(wú)碰撞運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)A、B間預(yù)約通信如圖6所示，將通信節(jié)點(diǎn)分為3部分，依順序由1至3不斷發(fā)送信號(hào)，若收到回波信號(hào)，則在該方向進(jìn)行協(xié)議約定，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點(diǎn)自身存儲(chǔ)鄰節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息，多個(gè)節(jié)點(diǎn)接入時(shí)可以查閱相對(duì)位置表，檢查傳輸過(guò)程是否會(huì)受到影響。圖中節(jié)點(diǎn)A和B進(jìn)行有效傳輸，節(jié)點(diǎn)C和D均在A的傳輸范圍內(nèi)，此時(shí)C節(jié)點(diǎn)通過(guò)查看位置信息表發(fā)現(xiàn)自己影響了A、B節(jié)點(diǎn)間的傳輸，進(jìn)而采取退避或等待措施，而節(jié)點(diǎn)B、D間未受影響，可以繼續(xù)進(jìn)行原有通信。這種模式無(wú)需節(jié)點(diǎn)間先驗(yàn)位置信息，通過(guò)檢索相對(duì)位置信息表就能較好地避免沖突。

圖6 節(jié)點(diǎn)A、B間預(yù)約通信

5 結(jié) 語(yǔ)

論文分析了水聲通信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及水聲通信的信道特性，將其作為數(shù)據(jù)鏈路層MAC協(xié)議研究的基礎(chǔ)。在對(duì)當(dāng)前典型MAC協(xié)議充分研究的基礎(chǔ)上對(duì)比分析了各種協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，及其在水下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的適用性。最后，在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)上提出了對(duì)于水下小規(guī)模移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)方案。水下移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)于我國(guó)的海洋開(kāi)發(fā)與軍事應(yīng)用具有重要價(jià)值。但當(dāng)前對(duì)于水下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的研究還處于起步階段，尤其是對(duì)高速移動(dòng)的水下節(jié)點(diǎn)間通信及組網(wǎng)問(wèn)題，還有諸多技術(shù)問(wèn)題需要解決。論文通過(guò)綜述形式給出本領(lǐng)域的需求與研究現(xiàn)狀，寄望于引起更多專家聚焦該領(lǐng)域，更好地服務(wù)于我國(guó)的海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。