AUV（Autonomous Underwater Vehicle）等可移动的节点能灵活开展大范围的水下探测工作，但它们在由固定节点构成的水下传感器网络中进行上行链路传输时会加剧网络碰撞，从而导致固定节点间数据传输中断。

　　为了不影响固定节点数据包传输，同时保证移动节点及时接入，中科院声学所水声工程中心博士生黄静与其导师黄海宁研究员、迟骋博士等人提出了基于顺序调度与查询机制的多址接入控制协议（SQ-MAC），该协议具有比其他同类协议更高的固定节点吞吐量和更低的移动接入时延。

　　相关研究成果2020年6月发表于国际学术期刊 Journal of Communications and Information Networks 。

　　研究人员首先分析了握手交互阶段的控制包碰撞情况，提出了控制包发送顺序的调整机制以实现固定节点的成功预约；在握手结束后，根据接收端是否收到移动节点的入网请求，设计了ORDER和QUERY/START两套方案，通过QUERY的主动查询，为移动节点分配更高的优先级，保证移动节点及时入网。最后，将数据包的传输顺序规划转化为旅行商问题，利用最大最小蚁群算法确定顺序调度。

　　研究人员将SQ-MAC与TDMA和NP-CSMA进行对比。TDMA是常用的基于调度的协议，能够为每个源节点分配固定的发送时隙，虽然能避免碰撞但需要严格的时间同步；NP-CSMA协议是典型的基于竞争的MAC协议，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，与这两种协议相比，SQ-MAC的固定节点吞吐量至少提高了20%，移动节点的接入时延最多能降低90%，且移动节点的接入成功率始终大于90%。

　　本研究为实现移动节点的无碰撞及时入网和上行链路传输提供了可行思路，后续将在此基础上研究多移动节点高效接入的方案。

　　该研究得到国家重点基础研发计划（项目编号2018YFC1405904）资助。

　　图1 所提协议时序图（图/中科院声学所）

　　图2 固定节点吞吐量（左）和移动节点接入时延（右）（图/中科院声学所）

　　关键词：

　　顺序调度；查询；水声网络；移动节点；MAC协议

　　参考文献：

　　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. 

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