利用传播时延并发传输的水声通信网络MAC协议研究
发布时间：2020-12-11 23:24
水声通信网络使用声波进行通信,在海洋环境监测、灾害预警、海下资源勘探、AUV（Autonomous Underwater Vehicle）等水下航行器的实时控制以及军事作战指挥等方面有着广泛的应用前景,是实现水下节点信息传输和交互的主要方式。组建高性能的水声通信网络的核心技术之一是研究出高质量的媒体接入控制协议（MAC协议）。MAC协议主要解决多个节点共享一条链路时信道资源的分配问题,设计合理高效的水声MAC协议对于水声通信网络的发展尤其重要。然而由于水声通信时延长、带宽窄、节点能量有限等特点,使得MAC协议的设计面临很大的困难和挑战。本论文的主要工作在于针对水声通信传播时延长、吞吐量低、节点碰撞多等特点,设计了一种利用传播时延的并发传输MAC协议（PD-DCT协议）。协议的基本思想是:提出利用传播时延的并发传输条件,在接收节点处为每个节点建立并发传输表,通过一对节点握手建立连接实现多节点在同一时隙内无碰撞地并发传输数据,减少握手次数的同时降低了数据传输的平均时延和能量损耗,并且提高了整个网络的吞吐量和信道利用率。在Aqua-sim平台上通过C++和OTCL脚本语言实现PD-DCT协议...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２所示，而水声通信网络体系结构参考ＩＯＳ／ＯＳＩ模型以及ＩＥＥＥ??
通信收发设备复杂，成本较高。??ＴＲＡＭＡ协议：ＴＲＡＭＡ协议｜４＜｜是较早提出的分配型ＭＡＣ协议，该协议将物理??信道分成多个时隙，如图２．３所示的信道时隙分配图，每个时间帧都分为分配接入??（传输时隙）和随机接入（信令时隙）两个部分，节点通过对这些时隙的复用为数??据信息和控制信息提供通信通道。???传输时隙?分配时隙胃切换时隙??＜?分配接入??随机接入一？??图２．３?ＴＲＡＭＡ协议信道时隙分配图??ＳＭＡＣＳ协议：ＳＭＡＣＳ协议［４４］是一种分配型协议，它结合ＦＤＭＡ和ＴＤＭＡ技术??分配信道，将特有的通信频率分配给每一对邻居节点用于数据传输，不同节点之间??的频率互不干扰，避免了由于节点同时传输数据而产生的碰撞。节点对分配频率的??方法为：节点在启动时往共享信道中广播一个邀请信息，目的是通知邻居节点建立??连接，邻居节点接收到邀请信息后，与发送邀请信息的节点相互交换信息，协商好??两者之间的通信频率和使用的时隙。如果发送邀请信息的节点接收到多个邻居节点??的邀请反馈，则选择最先应答的节点，与之建立通信链路。??ＳＢＭＡＣ协议：ＳＢＭＡＣ?（智能阻塞ＭＡＣ）协议根据环境变量动态确定传输??和重传机制来尽量减少数据的传输次数
包的传输时间，这样的时隙划分可以确保网络中的所有节点能够在同一个时隙内??收到控制包，从而检测当前信道是否有数据正在进行传输，节点根据检测结果决??定是否需要退避来防止数据包之间的冲突。下图２．４为Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议的流程图，??Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议在数据发送前先通过ＲＴＳ／ＣＴＳ与接收节点建立握手连接，握手成??功后才能发送ＤＡＴＡ数据包，并且在数据包传输完毕后反馈ＡＣＫ包绐发送节点来确??认数据是否成功接收。??／?：?：?：?；?＼??时隙长度??＾?？；??ｊ?ＣＴＳＪ，ＤＡＴＡ，＿｛）?＼?ＡＣＫ＾??发送节点丨??；??ｒｎｐｘ?＿＿；＿＿ｊａ＿??＼?＼ｃｔｓｕ，?ＡＣＫ？＿ｙ??接收节点〇?ｉｊｔｕｘ?：????■Ｖ???ｉ?；?Ｖ．?ｉ?｜???丨?＼、、丨??发送节点２：?＼?＼ｒｒ????！—丨丨丨丨、Ｉ?！????＼?＾???发送节点３丨?＾ｎＴ丨?退避丨??？?????，??￣￣－?■—－－■■??乂?Ｍ?ｙ??图２．４?Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议流程图??如上图所示，当发送节点有数据需要发送的时候，不管什么类型的数据包都需??要等到下一个时隙开始时刻才发送，当节点侦听到信道中有数据时，进入接收模式??并接收数据。在Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议中
本文编号：2911410
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２所示，而水声通信网络体系结构参考ＩＯＳ／ＯＳＩ模型以及ＩＥＥＥ??
通信收发设备复杂，成本较高。??ＴＲＡＭＡ协议：ＴＲＡＭＡ协议｜４＜｜是较早提出的分配型ＭＡＣ协议，该协议将物理??信道分成多个时隙，如图２．３所示的信道时隙分配图，每个时间帧都分为分配接入??（传输时隙）和随机接入（信令时隙）两个部分，节点通过对这些时隙的复用为数??据信息和控制信息提供通信通道。???传输时隙?分配时隙胃切换时隙??＜?分配接入??随机接入一？??图２．３?ＴＲＡＭＡ协议信道时隙分配图??ＳＭＡＣＳ协议：ＳＭＡＣＳ协议［４４］是一种分配型协议，它结合ＦＤＭＡ和ＴＤＭＡ技术??分配信道，将特有的通信频率分配给每一对邻居节点用于数据传输，不同节点之间??的频率互不干扰，避免了由于节点同时传输数据而产生的碰撞。节点对分配频率的??方法为：节点在启动时往共享信道中广播一个邀请信息，目的是通知邻居节点建立??连接，邻居节点接收到邀请信息后，与发送邀请信息的节点相互交换信息，协商好??两者之间的通信频率和使用的时隙。如果发送邀请信息的节点接收到多个邻居节点??的邀请反馈，则选择最先应答的节点，与之建立通信链路。??ＳＢＭＡＣ协议：ＳＢＭＡＣ?（智能阻塞ＭＡＣ）协议根据环境变量动态确定传输??和重传机制来尽量减少数据的传输次数
包的传输时间，这样的时隙划分可以确保网络中的所有节点能够在同一个时隙内??收到控制包，从而检测当前信道是否有数据正在进行传输，节点根据检测结果决??定是否需要退避来防止数据包之间的冲突。下图２．４为Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议的流程图，??Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议在数据发送前先通过ＲＴＳ／ＣＴＳ与接收节点建立握手连接，握手成??功后才能发送ＤＡＴＡ数据包，并且在数据包传输完毕后反馈ＡＣＫ包绐发送节点来确??认数据是否成功接收。??／?：?：?：?；?＼??时隙长度??＾?？；??ｊ?ＣＴＳＪ，ＤＡＴＡ，＿｛）?＼?ＡＣＫ＾??发送节点丨??；??ｒｎｐｘ?＿＿；＿＿ｊａ＿??＼?＼ｃｔｓｕ，?ＡＣＫ？＿ｙ??接收节点〇?ｉｊｔｕｘ?：????■Ｖ???ｉ?；?Ｖ．?ｉ?｜???丨?＼、、丨??发送节点２：?＼?＼ｒｒ????！—丨丨丨丨、Ｉ?！????＼?＾???发送节点３丨?＾ｎＴ丨?退避丨??？?????，??￣￣－?■—－－■■??乂?Ｍ?ｙ??图２．４?Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议流程图??如上图所示，当发送节点有数据需要发送的时候，不管什么类型的数据包都需??要等到下一个时隙开始时刻才发送，当节点侦听到信道中有数据时，进入接收模式??并接收数据。在Ｓｌｏｔｔｅｄ－ＦＡＭＡ协议中
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