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基于Kraken简正波模型的浅海声场分析
张歆;张小蓟;李斌
【期刊名称】《西北工业大学学报》
【年(卷),期】2000(018)003
【摘要】水声信道的传输特性是影响水声通信系统性能的重要因素.本文采用了一种全液态Kraken简正波模型,对位于浅海信道的目标海区的传播特性进行分析,得到了不同传播条件下信道的传播损失和频率特性图,为水声通信系统的设计提供了理论基础.
【总页数】4页(P405-408)
【作者】张歆;张小蓟;李斌
【作者单位】西北工业大学航海工程学院,陕西,西安,710072;西北工业大学航海工程学院,陕西,西安,710072;西北工业大学航海工程学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】P733.21
【相关文献】
1.基于Kraken模型的海洋声场及相干性分析 [J], 赵闪;陈新华;于倍;孙长瑜
2.基于简正波模型的浅海最佳频率的深度特性仿真研究 [J], 窦雨芮; 周其斗; 谭路; 纪刚
3.基于高阶累积量的简正波声场匹配场定位效果分析 [J], 厉彦一;施剑;罗宇;徐辉
4.倾斜弹性海底条件下浅海声场的简正波相干耦合特性分析 [J], 张士钊;朴胜春
5.典型浅海声场环境中的简正波估计 [J], 杜金燕;孙超
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浅海信道调频水声语音通信方法比较随着海洋经济的不断发展，浅海水声通信已经成为了海洋信息传递的重要手段之一，同时也为水下科学勘探及海底资源开发提供了有力的支持。
在浅海信道调频水声语音通信方面，目前主要有以下两种方法：单频信道调频（Single frequency channel）和时频信道调频（Time frequency channel）。
单频信道调频方法是一种基于连续波的调频方案，主要采用的技术手段是随着时间的增加，发射信号的频率逐渐变化，以适应不同的通信环境。
这种方法的优点在于信号能够一定程度上跨越不同的深度层，从而使通信距离得以延长。
同时，频率随时间变化的方案相对成熟，也并不需要太多的计算复杂度，因此能够减少通信系统中的传输错误率，使语音传输精确度更高。
不过，单频信道调频的通信频率带宽窄，无法同时传输多路语音信号，同时信号受到海洋信道的多种复杂干扰和随机因素的影响，其通信可靠性与稳定性受到了一定的限制。
时频信道调频方法是一种基于多波束的调频方案，主要通过多个单频信道组成一个宽带信道来实现。
该方法採用計算機數字訊號處理技術，由於頻譜分析與時域分析仍是其核心技术，因此计算机运算量与处理时间成为该方案的主要因素。
时频信道调频方法能够同时传输多路语音信号，因此在一定条件下，具有较高的通信效率和稳定性。
同时，该方法对于干扰和噪声的抵抗能力也相对强，通信比较可靠。
但这种方法较为复杂，需要高性能的处理设备和大量的算力和存储空间，因此在实际应用中，需要综合考虑其可用性和经济性。
在浅海信道调频水声语音通信方法的选择上，需要根据具体的情况和应用须求综合性比较，根据通信效率、通信距离、抗干扰能力、经济性等方面考虑取舍。
例如由于单频信道调频方法相对较为简单，可以在一定的条件下实现较好的通信效果，因此更适用于深度较浅、信道变化相对稳定的水域；而时频信道调频方法虽然计算机处理能力要求较高，但其通信效率和可靠性相对更优，因此更适用于深度较大、信道变化较为频繁的水域。
第10卷第12期Vo l .10,No .12宜宾学院学报J ou rnal of Yibin Un i versity2010年12月Dec .,2010收稿日期1修回作者简介贺繇(),男,重庆江津人,工学硕士,讲师,主要从事信号与图像处理、遥感方向研究浅海水声信道模型分析及频率选择性衰落仿真贺繇(宜宾学院物理与电子工程学院,宜宾644000)摘要:水声通信是以声波信号作为载波的水下通信,水声信道是水下通信的重要组成部分.在浅海中,水声信道是通信环境恶劣的信道,存在着较强的频率选择性衰落.通过对浅海水声信道的分析、建模、仿真,验证了水声信道的频率选择性衰落.关键词:水声信道;频率选择性衰落;射线声学模型中图分类号:T N92913 文献标志码:A 文章编号:1671-5365(2010)12-0078-03Ana lysis of Under wa ter Acou stic Cha nne lsM odel a nd S i m u l a tion of F requen cy Se lect i v ity A tten ua tionHE Yao(College of Physics and Electronic Engineering,Yibin Un iversity,Yibin 644000,China)Ab stract:The under water acou stic co mmun icati on is the under w ater commun icati on adop ted the acoustic signal as its carrier,and the under w ater acou stic channel is an i mpo rtan t p art of the under water ac ou stic c ommunication.Ho wever,the channel is a bad co mmun icati on channel in the shallo w sea and there is str ong frequency selectivity attenuation .Based on the analysis,modeling,si mu lating,the frequency selectivity attenuation of the under water commun icati on channels was p r oved.K ey word s:under water acoustic channels;frequency selectivity attenuati on;ac ou stic ray model 由于经济发展和国防建设的需要,人类活动已经频繁在水下展开,民用领域有水下的资源探测和开采、水下环境监测、海洋空间的利用;军事领域有潜艇在巡逻、演习、作战时与水面舰只或陆上基地的通信联络等,这些活动都必须建立可靠的通信互联,所以,水下通信,特别是人类活动最为频繁的浅海水域的水下通信是研究的重点领域之一.1 浅海水声信道的基本情况空间无线通信都采用高频电磁波作为信息传输的载波,一般都具有传播速度快、传播时延小、多普勒频移小、带宽较宽的特点.但是在水下,电磁波传输衰减极快,传播距离很短,所以电磁波不适合作为水下通信的载波.而声波在水下以纵波的方式进行传播,衰减速度比电磁波慢得多,传播距离较远,是水下通信较为理想的载波[1].即使以声波作为水下通信的载波,水下通信仍然存在诸多的技术难题.声波在水中传输时,水将对声波产生较强的吸收作用,使声波能量严重衰减.同时,声波信号在水中传输将经历多次海面和海底的反射,到达接收端的信号是从不同方向和不同路径传来,多径效应明显.在浅海中,由于浅海海底的复杂构成、海面的风浪、海水在不同季节由于温度原因形成的不同温度梯度等因素影响,多径效应将进一步增强,声波在传播过程中的能量衰减更为严重.声波信号的发射端和接收端可能存在相对运动,这将会导致接收机接收到的信号发生频率变化的多普勒效应.即使发送端和接收端静止,由于海面存在波浪运动和海中存在各种湍流,声波在行进过程中被海面波浪的调制,到达接收端时频率也会产生变化[2].所以,水声信道必须考虑多普勒效应.水声信道特别是浅海水声信道中的环境噪声比较严重,包括海潮、湍流、海面刮风下雨、生物群体活动、船舶航行和石油钻探都会对水声信道产生较强的噪声干扰.所以,水声信道是一复杂多变的信道,具有衰减严重、多径效应和频散特性较强、环境噪声严重的特点.正是水声信道的复杂性和不稳定性,使其成为自然界中最复杂的无线通信信道[3].水声信道在传输通信信号的过程中,将出现较强的频率选择性衰落、时间选择性衰落和码间干扰.2 声波频率的选择用声波作为水下通信的载波时,频率不能太低,因为太低的频率意味着通信速率很低.所以,水下通信的声波载波频率都在1KHz 以上[4].当频率大于1K H z 的声波在水中传播时,能量的衰减主要是由于水对声波的吸收.其中海水对声波的吸收系数为[2]:2010-10-24:2010-10-24:1972-k0=0.11f21+f2+44f24100+f2其中f的频率是KH z,k的单位是分贝/公里.由上面的公式可以看出,频率越高,海水对声波的吸收越强,对1KH z声波的吸收系数是0.065分贝/公里;对30KHz声波,吸收系数约为8分贝/公里;到50KHz时,吸收系数已达16.8分贝/公里.所以水下通信采用的声波信号频率一般为50KH z以下,信道带宽很有限.3 射线声学模型水声信道作为具有时变、频变、空变特性的通信环境恶劣的信道,很难用简单精确的数学模型将其表示,大部分研究采用的是基于射线声学理论的射线模型.射线模型是波动理论的一种近似,它直观地描述了声能量在介质中的传播,将声波看作是无数条垂直于等相位面的声线向外传播[5],其中每一条声线都携带着发射信号的信息.声能量从声源出发,在空间沿着声线按一定规律到达接收点,接收点收到的声能是所有到达的声能的叠加[2].在水声信号传输的过程中,有五种典型的声线,一是直达路径声线D;二是由发射端出发,首次反射是经过海面,到达接收端前的最后一次反射也是经海面,总共经过了n次海面反射才到达接收端的声线SS n;三是由发射端出发,首次反射是经过海面,到达接收端前的最后一次反射经海底,总共经过了n次海底反射才到达接收端的声线SB n;四是由发射端出发,首次反射是经过海底,到达接收端前的最后一次反射经海面,总共经过了n次海面反射才到达接收端的声线BS n;五是由发射端出发,首次反射是经过海底,到达接收端前的最后一次反射也是经海底,总共经过了n次海底反射才到达接收端的声线BB n.如图1所示,图中只画出了直达声线和n=1的反射声线.图1 声线传播图 在利用声学射线模型分析水声信道模型时,为了简化问题,需假设若干理想条件:1)所有声线为直线.在水温及海水自身产生压力的影响下,水中声速不会恒定,这将导致声线在水中发生轻微弯曲为简化模型,在声线传播图中,我们都用直线来表示声线传播方向)水深为常数对于大陆架附近的海域,海底的深度是平缓变化的,为简化模型,假设浅海水深为固定常数.3)在声波由海底反射时,海底会吸收一部分能量,这里假设海底的反射系数近似为0.85.同时,声波经过海底反射时,产生相移180°.4)海面的反射系数只与海面的风速和载波频率有关.在声波发射端与接收端距离比发射端与接收端深度大得多的情况下,海面的反射系数公式为rs=1+(f/f1)21+(f/f2)2其中f2=378w-2,f1=10f2,其中f是载波频率,w是风速[2].4 接收端接收信号的相关计算直达声线的传播距离D=L2+(h1-h2)2.首次反射和最后一次反射均通过海面的声线传播距离为SSn=L2+(2nH-h1-h2)2.首次反射和最后一次数反射均通海底的声线传播距离为BB n=L2+[2(n-1)H+h1+h2)2首次反射经过海面,而最后一次反射经过海底的声线传播距离为SBn=L2+(2nH-h1+h2)2,首次反射经过海底,而最后一次反射经过海面的声线传播距离为BS n=L2+(2nH+h1-h2)2,声波经过直达路径D的传播时间为:t0=D/c,声波经过经SSn的传播时间为tSS n=SSn/c,声波经过BBn的传播时间为tBB n=BBn/c,声波经过SBn的传播时间为tS B n=SBn/c,声波经过BSn的传播时间为tBSn=BSn/c,声音的传播损耗主要由海水对声音的吸收、海面反射损失、海底反射损失和扩散损失组成.由于本模型已认扩散损失按距离衰减,为简化问题,将海面和海底的联合衰减系数定义为k SSn=-(r b)n-1(r i)n=-0.85n-1(r S)nkBB n=-(rb)n(rS)n-1=-0.85n(rS)n-1kS B n=(rb)n(rS)n=0.85n(rS)nkBSn=(rb)n(rS)n=0.85n(rS)n式中的rb为海底的反射系数,假设其为0.85,负号为声波相位改变180°.因此,接收端的信号可表示为r(t)=∑∞i=1kix(t-τi)其中k i表示第i条路径相对于直达路径的归一化衰减因子考虑到海水对声波的吸收作用,设海水对声音的吸收系数为,则不同路径对声音信号的吸收系数为97 第12期 贺繇:浅海水声信道模型分析及频率选择性衰落仿真..2..k0k SS n=DSS nk S S nk 0k BB n=DBB n k BB nk 0k S B n=DSB nk SB nk 0k BS n=DBS nk B S nk 0则接收端的信号最后可写为[2]:r(t)=1+∑∞n=1[k SS ne-t S S+k BB n e-t BB+k S B ne-t BB]5 信道模型仿真通过Matlab 软件,仿真在水深为80米的浅海中,将水声发射器置于水下65米、水声接收器置于水下50米,在水平相距2公里和20公里处,发射不同频率的正弦波信号,接收端收到信号的情况.通过仿真图形可以看出:随着距离的增大,接收端接收到的信号越来越微弱,在2公里处的接收机和20公里处的接收机接收到的信号强度差别很大,说明声波在传输过程中衰减很强.不管是在2公里距离上还是在20公里距离上,接收机接收到的信号都随着频率的不同而幅度各不相同,出现了频率选择性衰落,在2公里距离上的频率选择性衰落强于20公里距离上的频率选择性衰落.这说明浅海水声信道对不同频率的声波衰减不同,并且距离越近,频率选择性衰落越明显.这是由于收发端距离较近时,接收端能够接收到声线较多,多个路径信号相互抵消和迭加引起的信号幅度起伏较为剧烈;而在收发端距离较远时,接收端接收到的声线数量较少,并且到达的声线都已经历较强的衰减,所以此时引起接收端信号的起落较为平缓.图2 接收机在2公里处接收到的信号图3 接收机在20公里处接收到的信号 综上所述,浅海水声信道是一个复杂多变的信道,具有较强的频率选择性衰落特征.同时,水声信道的码间干扰、浅海背景噪声和有限的带宽,使浅海水声信道成为了迄今最为复杂的无线通信信道之一.浅海水声信道的研究,必须综合信号处理、声学、海洋学、通信技术等多学科知识才能取得较好的进展.参考文献:[1]蔡惠智,刘云涛,等.水声通信及其研究进展[J ].物理,2006,35(12):1038-1043.[2]许俊.水声语音通信研究[D ].厦门:厦门大学,2001:15-33.[3]魏莉,许芳,孙海信.水声信道的研究与仿真[J ].声学技术,2008,27(1):25-29.[4]孙博,程恩,欧晓丽.浅海水声信道研究与仿真[J ].无线电通信技术,2006(3):11-15.[5]李蓉艳,杨坤德,邹士新.多输入多输出浅海水声信道响应的盲估计[J ].同济大学学报(自然科学版),2007,35(5):664-668.【编校:李青】8 宜宾学院学报 第10卷 。
海洋技术▏声速剖面主导的浅海声传播最佳深度规律研究近年来，水声学研究的重点逐渐从深海转到浅海，我国沿海海域多为浅海，研究浅海声场声学特性无论是从军事战略的角度，还是经济发展的角度考虑，都有其重要作用。
如何更好、更高效地在浅海进行声呐探测和水声通信一直是水声界关注的焦点，也是实际应用上的难题。
浅海的波导声学特性相对于深海更加复杂。
波导的上、下界面分别受海面和海底边界条件的制约，由于边界条件不同，声能量在深度方向上的分布并不均匀，当传播距离一定时，不同深度的声能量差异可达20dB。
因此，接收点位置的选取对声信号接收效果的影响很大，如何更好地选择接收点深度以最大程度地提高声学探测和水声通信能就显得十分重要。
在给定声源位置的情况下，垂直方向的声传播损失最小点被称为最佳深度。
最佳深度的选取可以优化接收效果，如被动声呐放置在最佳深度可以提高目标探测的概率。
国内外学者针对最佳深度做了一定的研究。
Weston首先对声场的平均声强进行了研究，通过计算等声速梯度条件下深度方向上的距离平均声强，发现了最佳深度现象，并用声强解释了该现象形成的原因。
而后，Gershfeld等通过对声传播损失和信噪比的计算，得出浅海声传播的最佳深度与声源点深度相同的结论，并研究了声源位置、海底类型和声源频率对最佳深度的影响。
以上都是针对给定声源情况而计算的最佳深度。
Ferla等通过计算声呐的检测半径，对声源深度未知时的最佳深度位置进行了研究，得出在声源深度未知时，接收点深度选择在声速最小处时接收效果最佳的结论。
王晓宇等分别对理想Pekeris波导和实际浅海分层波导下的水平线列阵最佳布放深度进行研究，得出了最佳布放深度应与声源深度相同的结论。
范培勤等通过将深度方向的声传播损失转化为检测概率，研究了声呐最优工作深度、正梯度和负梯度声速剖面下的最佳深度，得出声呐应放置在声速较小深度的结论。
现有的研究大多只针对等声速梯度情况下的声传播最佳深度现象，有关声速剖面对最佳深度影响的研究则十分有限，且相关研究选取的声速剖面类型也较少，没有系统、全面地研究其对最佳深度的影响。
浅海水声网络1.摘要水声网络通常由通过水声相连的海底传感器节点，自主无人航行器及与岸基站点进行无线通信的网关海面站点构成。
该网络服务质量受声传输信号低带宽，低声速导致的高延时和高环境噪声所限。
其长期设计目标是能够提供基于网络链接的自组网络，通过最优化系统参数自主适应环境。
本文考虑了最小化能耗约束，最优化吞吐和可靠性条件下设计浅海水声网络的诸多方面问题。
2.引言近二十年来，水声通信技术取得了显著进步。
高速可靠通信系统的实现使得海底坐地传感器与水下自主航行器等水下节点间实时点对点通信成为可能。
当前研究热点主要集中在应对环境数据采集、近海探测、污染检测与军事侦察等应用的网络多链路协同领域。
海底或海监测的传统方法包括传感器布放，实验数据记录和试验设备回收。
该方法存在诸多不足：实验记录数据需在长达数周的实验任务结束后获取；海底设备与岸基用户间无法进行信息交互，因此，当某区域出现感兴趣事件时无法进行系统重配置；如果设备在回收前出现错误，那么数据采集过程将停止或所有数据可能丢失。
特定海域长期实时观测最理想的解决途径将诸多测量设备通过无线链路连接成网络结构。
最基本的水下声学网络由类似固定节点与水下自主航行器等节点间的建立的双工水声通信所组成。
该网络将与海面站点相连，并借助该站点采用RF链路与远程陆上节点如Internet 网络相连接。
岸基多用户能够从远距离水下设备实时获取数据，评估已获取的数据，并可对单个设备发送控制信息。
由于数据不再储存在水下设备中，因此可以避免数据丢失，也能通过网络重配置得以绕开失效节点水声网络的最大约束是有限能源支持。
对陆上系统而言，无线调制解调器电池的替换非常简单，但水下无线调制解调器电池替换受航行时间和调制解调器回收时间的制约而显得费时费钱。
因此，对水下应用而言，传输能量显得异常昂贵。
网络协议应通过减少重传次数，降低传输间隔的功耗以及最小化每次传输需求来节省能耗。
在救援与探测任务等水下应用中，需要网络能够不经大规模规划而快速布放。
因此，网络应当能自主决定节点位置，通过自主组网提供高效的数据通信环境。
另外，若信道条件发生改变或者某些节点在任务过程中失效，该网络应当能够通过动态重配置继续履行使命。
3.水声通信不同于数字无线通信采用电磁波进行数据传输，水声信道中主要采用声波进行通信。
在水声通信网络中声波传播速率比无线电波传播速率小五个量级。
如此低的传播速率增大了网络数据包的传输时延。
如果在UWA应用中网络协议设计忽略高时延，将导致网络吞吐减少。
UW A信号的可利用带宽关键取决于传播损失，由于传播损失随着距离和频率的增大而增大，严重制约了可利用带宽。
在有限带宽内，特别是在浅海水声信道中，相对于无线电信道而言，声信号受时变多径的影响，会导致的严重码间串扰以及多普勒频移与拓展。
多径传播以及多普勒的影响削弱了水声信号，限制了数据吞吐。
因此需要特殊的信号处理手段去克服这些不利因素。
近十年初，通过发展采用非相干FSK信号的调制解调器来应对UWA信道特性的挑战，以求实现可靠通信。
虽然非相干FSK通信系统在UWA信道中有效，但他们较低的频带利用率使得其无法适应多用户网络对高速率应用的要求。
基于高吞吐远程通信系统的需求引发了对相干调制技术的关注。
目前，随着大功率数字信号处理设备的运用，我们能够在水下通信中采取完全一致的相干相位调制。
关于声调制方法总结见表一。
感兴趣的读者可通过阅读文献【3】得到每个调制解调器的细节说明。
随着系统传输速率及传输距离的增大，算法复杂度大大超过了当前数字处理硬件能力。
当前研究主要集中于低复杂度DSP算法以及用于网络环境的多用户调制解调器，4.水声网络两类需求牵引起了水声网络的重大变革：一类是环境数据的采集，另一类是水下区域侦察。
典型网络由各类节点构成，某些安装在固定节点上，另一些则安装在自由移动航行器上。
该类网络被称为自主式海洋采样网，这里的采样是指采集海洋中温，盐，深和水下洋流等参数。
对侦察应用而言，网络由大量传感器构成，主要是在锚底或者低速水下机器人上，该网络布防迅速，主要用于覆盖浅海海域。
该类网络的典型应用Seaweb将在随后进一步讨论。
网络拓扑网络拓扑结构包括以下三种基本形式：集中式，分布式和多跳式。
在集中式网络中，网络节点间通信通过中央站点进行交互，该站点常被称为网络枢纽。
该网络通过该中央站点连接到主干网。
该配置适用于深海网络，通过装有声学及RF调制解调器的海面浮标控制与海底设备的往复通信。
该配置方式的最大不足是存在单节点失效问题，若枢失效，则整个网络将关闭。
同样，受单个调制解调器工作范围所限，该网络无法覆盖大量区域。
另两个网络拓扑属于对等网络，一个全连通对等网络提供网络中各节点间的点对点通信。
这样的拓扑结构省去了路由。
但同时带来的是与远隔节点间通信的输出功率过大。
同样，当节点试图进行对远端节点发送数据包时，将对临近节点通信产生功率压制和干扰。
称之为远近问题。
多跳对等网络仅由相邻节点的通信链路构成，信息从源节点传输到目的节点需要通过节点间包传输。
路由信息通过智能算法进行处理以适应环境变化。
由于多跳网络范围取决于节点数目而不是调制解调器边界，因此其能够覆盖相对广泛区域。
UW A网络设计目标之一就是最小化能耗并提供节点间及与主干网的可靠联通。
网络拓扑结构是决定能耗的重要参数。
在文献平【6】中，作者描述了最小化能耗网络拓扑是多跳对等网络，减小能耗的代价是复杂通信协议与数据包延时，需要特别注意的是对时延敏感系统。
多重接入方法包括水声网络在内的诸多信息网络中，通信是突发式的，用户通过网络传送数据的时间往往要小于系统闲置时间。
因此，网络用户应当通过多重接入方式高效共享可利用的频段和时间。
频分复用技术将可利用的频带分为若干子带并将每个子带指定给独立用户。
由于极度受限的频带资源和自带系统抗衰落的不足，使得FDMA系统无法充分应用于UW A。
不同于频带分离，时分复用将一个时间间隔，称之为一帧分成若干时间片段。
相邻的时隙间的数据包冲突可以通过包含与相应信道时延成比例的保护时间来避免。
TDMA系统需要异常精确的同步以实现对时间段的合理利用。
UW A通道中的高时延需要长保护时间从而限制了TDMA的效率。
同样，建立一个共同的定时基准也是相当困难的。
码分复用允许多用户在全频段内同时传输。
来自不同用户的信号通过伪随机编码实现。
宽带CDMA信道不仅能够对抗频率选择性衰减，对直接序列CDMA而言，也能在接收端通过Rake滤波技术利用水声信道中的时间分集。
扩频信号可用于处理接收端多用户检测带来的冲突。
同样，也能减少重传数和能量需求。
此特性既降低电池消耗也增加了网络吞吐。
因此，CDMA的似乎是浅水声学网络中最合适的多址技术。
路由算法信息网络中存在两种基本的路由方法：虚拟回路路由，一次传输的所有数据包通过同一条路径进行传输和数据包路由，数据包允许通过不同的传输路径进行传输。
使用虚拟回路传输网络路径选择取决于传输开始时刻。
而在数据包路由中，每个节点均可进行路径选择，这将数据包的下一个跳。
多数路由方法基于最短路径算法。
该方法对网络中的每个链路分配代价，该代价函数取决于物理距离和拥塞等级。
路由算法寻找从源节点到目标节点的最短路径(最小代价路径)。
在分布式应用中，每个节点确定向临近结点传输一个数据包的花费，并将该信息与网络中的其他节点共享。
这样，每个节点维护一个数据库，该数据库反映了可能路径的花销。
对路由而言，需要考虑网络节点可移动这一更为普遍的情形。
这种情况可认为网络是由固定海底传感器和AUVs组成。
在ad hoc网络中，主要问题是获取每个独立链路最近的状态来确定数据包最佳路由。
然而，如果通信媒介是浅海通信信道是多变的，路由的更新相当快。
在路由领域，目前的研究重点是减少通过路由的消息的同时找到最佳路径，这是一组相互矛盾的要求。
媒体访问控制协议针对UWA信道存在许多MAC协议，这些协议能减少由于数据报冲突导致的信息损失。
我们将专注于MACA协议以及该协议的变化。
该MACA协议首先由Karn提出，该协议采用请求发送（RTS）和清除发送（CTS）这两类信号数据包。
当A需要给B发送一个信息时，将首先发布一个RTS命令。
如果B接收到该RTS命令，B将发回一个CTS命令。
A一旦接收到CTS，就开始传输数据包。
节点间将通过进行RTS-CTS交换时探测信道。
信道状态信息将用于设置物理层参数例如输出功率和调制方式。
MACA的这些特性能够满足UWA网络设计的需要。
它为最小功耗约束下的可靠通信提供相关信息，并具备避免冲突发生的能力。
RTS-CTS交换增加了开销，但是减少重传可以补偿这些增加的开销。
MACA协议确保了网络层端对端通信的可靠性。
若由于错误导致某些数据包丢失，最终目的节点将向源节点请求重传丢失数据包。
在高可靠链路中，由于该方法消除了估计每跳所发送的独立信息，从而增加了网络吞吐。
在低质量通信线路中，信息极有可能包含错误的数据包。
恢复网络层中数据包错误需要额外的时延。
通常，在无线电和水声等低可靠信道的链路层进行错误修正可获得更好的性能。
由于MACA协议的性能和可靠性可以通过创建无差错的，可靠的点对点的数据链路控制（DLC）层链接得以改善。
出于该目的，Bharghavan设计了MACAW协议，在每次成功传输的数据后发送一个ACK数据包。
在传输中采用增加一个数据包开销。
然而，文献【9】表明在吞吐量增益超过额外的开销，该结果同样适用于UWA信道。
MACAW协议忽略功率控制和非对称的出现。
在功率控制条件下的性能需要进一步阐明。
同样，协议中增加的额外开销对于传输时延相对显著环境的影响值得关注。
自动重传请求方法自动重传请求(ARQ)用于检测数据链路控制层中错误并请求错误数据重传。
最简单的可被直接用于半双工UWA网络ARQ是停止等待ARQ，数据包源节点等待一个来自目的节点ACK以确认无差错数据包的传输。
由于信道信息在往返传输过程中并未被利用，该ARQ方式吞吐量较低。
而在返回-N以及选择性重传ARQ机制中，节点在传输数据包同时接受ACK，因此需要全双工网络。
将UWA信道中有限带宽分成2个信道以用于全双工操作会显著的物理层传输速率。
但是其对整个网络吞吐的影响有待进一步的研究。
选择性重传ARQ策略可用于半双工UWA信道。
不同于在接收中确认每个数据包，接受端将等待N个数据包，并发送一个包含未出错数据包id的ACK包。
由此，发送端一次将发送N个数据包并等待ACK。
随后源端将发送另一组N个数据包，其中包含未确认的数据包以及新的数据包。
认证采用两种处理方式。
第一种处理方式称为主动处理，通过接收无差错数据包，目标节点将发送一个ACK数据包给源节点。
如果源节点在预设的超时时间后仍未接收到ACK信号，将重传数据包。
