研究了应用于大规模海洋环境监测的水下声学传感器网络,该网络面临的一个基本挑战是声波信号的低传播速度,这使得在这些网络中协调对共享通信介质的访问变得复杂。提出了两种介质访问控制(MAC)协议,即传输延迟分配MAC(TDA-MAC)和加速TDA-MAC,它们能够在没有中央时钟同步的情况下为传感器节点提供时分多址接入(TDMA)。

在介绍部分,文中提到无线传感器网络用于远程海洋环境监测的研究主题越来越受欢迎,这得益于现代无线通信技术的发展。TDMA作为一种MAC协议,被广泛应用在多种无线网络中,其中包括水下声学网络。TDMA允许网络中的多个传感器节点按预定的时间顺序进行通信,每个节点都有固定的时间窗口来进行数据传输,这样可以减少节点间的冲突和碰撞。

在传统TDMA系统中,通常需要一个中央节点或同步机制来维持网络内所有节点的时间同步。然而,这种同步需求在水下环境中尤其难以实现,由于声波传播速度慢(水中声速约为1500米/秒),且在海洋环境条件下,传统的同步方法可能无法有效工作,如GPS信号在水下接收困难,导致时钟同步问题。

为了解决这一问题,提出的TDA-MAC协议无需集中式时钟同步即可实现TDMA功能。这意味着网络中的不同设备之间无需保持严格的时钟同步,从而减轻了网络的同步负担,同时也降低了实现网络同步的复杂性和成本。通过综合的模拟研究,部署在海床上的网络表明,所提出的协议能够与理想的同步TDMA系统在吞吐量和数据包延迟性能上非常接近。TDA-MAC协议在网络吞吐量以及在很多情况下端到端数据包延迟方面也显著超过了T-Lohi,这是一种经典的基于竞争的水下声学网络MAC协议。