水声通信网络组网协议关键技术研究
发布时间：2021-01-31 16:21
水声通信网络以其广阔的应用前景吸引着学术界和工业界的目光。水声信道传播时延长、误码率高极易导致链路中断等问题给水声通信网络组网协议设计带来了严峻的挑战。为了提供高效的水下信息传输与共享服务,本文深入研究了水声通信网络组网协议中的MAC和路由协议,提出了适用于传播时延长背景下的MAC层链路调度方法和链路可靠性差条件下的路由协议,达到了提高信道利用率、降低多路径时延差和提高转发效率的目的。研究成果对推动水声通信网络发展有着重要的理论意义和应用参考价值。论文的主要工作和创新点包括:（1）为了降低传播时延长对网络吞吐量的影响,建立了关联矩阵链路调度模型,提出了最小时帧周期MAC层链路调度算法。关联矩阵调度模型不仅能够简洁有效的描述链路间潜在冲突关系,而且在无冲突调度中能够忽略调度优先级对网络性能的限制。最小时帧周期MAC层链路调度算法获得的网络吞吐量接近于最优链路调度。为了进一步提高网络吞吐量,提出了联合关联矩阵和功率控制的MAC层链路调度算法,增强了部分接收节点的抗干扰能力以提高信道利用率。仿真研究表明,相对于当前主流的MAC层链路调度算法,本文提出的两种MAC层链路调度算法在网络吞吐量和平...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
–2SWARMs项目概念图1.2.2国内发展现状
109, 110]。指定多路径路由主要存在两种结构，一种是单Sink（一般认为是理节点或者网关节点，负责数据汇聚和处理作用）；另一种是多Sink结构。, 102, 103, 105]采用了单Sink结构的多路径路由如图1–7所示[111]（即图1–6Sink）。文献[99]采用多路径路由技术应对水声信道传输不可靠问题，接收端于比特的数据恢复技术，同时讨论了基于误比特率条件限制下的节点分布式配问题。文献[102, 103]关注了基于多路径结构和网络编码的数据传输策略。1]提出了一种基于信噪比估计的联合网络编码和模拟网络编码的多路径传输策[105]提出了结合FEC（前向纠错编码）的多路径路由技术，其中纠错编码ed-soloman编码，重点分析了多路径条件下，各个路径的数据包分配策略对数性能的影响，并分析了五种不同的分配策略。文献[104]提出了一种结合FE径路由协议，以汉明编码作为纠错码。接收端采用基于数据包分段融合的技据恢复以提高数据传输的可靠性，同时采用马尔可夫链模型分析该多路径路。
节点广播路由控制包，海底传感器节点通过路由控制包获得全网拓扑集中式选择不相交多路径。图1–8 (a)非对称的多路径路由结构(b)虚拟Sink多路径路由结构文献[106–108]关注了多路径之间的干扰问题。文献[106]提出了一种多路径路由协议旨在降低多路径之间的干扰。在路径发现过程中，源节点先发送路由发现请求包并等待回复信息，在向源节点返回路径回复信息之前，每个节点都会侦听其邻居中是否已经发送了相同路径发现序列号以及源-目的对的路径回复。其降低干扰的主要思想是当节点能够侦听到邻居节点相同的回复信息时标记自身的回复信息。当节点侦听到相同的回复信息时，认为对应链路在地理位置上比较接近。当源节点收到路由请求回复信息时可以通过标记信息构建干扰较弱的多条路径，当回复信息全部被标记时，以端到端时延为指标选择路径。文献[108]提出了一种能耗效率高且干扰避免的节点不相交多路径路由EECA（Energy Efficient and Collision Aware），如图1–9(a)所示[108]。EECA算法利用路由请求/回复控制包，同时结合节点位置信息获得地理位置上相距一个节点通信范围的两条不相交路径，通过功率控制使节点发射功率满足通信需求的最小发射功率以降低节点干扰范围和整个网络的能量消耗。类似于文献[108]
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋声学目标探测技术研究现状和发展趋势[J]. 杨益新,韩一娜,赵瑞琴,刘雄厚,汪勇. 水下无人系统学报. 2018(05)
[2]水声通信网络协议、仿真与试验综述[J]. 乔钢,刘凇佐,刘奇佩. 水下无人系统学报. 2017(03)
[3]一种用于水声通信网的全动态TDMA协议[J]. 杨文,李霞. 东南大学学报(自然科学版). 2012(01)
[4]水声传感网MAC协议综述[J]. 周密,崔勇,徐兴福,杨旭宁. 计算机科学. 2011(09)
[5]水声Modem混合自动重传试验研究[J]. 熊省军,周士弘. 声学与电子工程. 2010(04)
[6]水下无线传感器网络节点的自定位方法[J]. 薛锋,刘忠,许江湖. 海军工程大学学报. 2010(04)
[7]一种用于格型拓扑的水声传感器网络TDMA协议[J]. 钟永信,黄建国,韩晶. 电子与信息学报. 2010(07)
[8]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[9]水声通信与水声网络的发展与应用[J]. 许肖梅. 声学技术. 2009(06)
博士论文
[1]海洋管线涡激振动监测关键技术研究[D]. 李保军.西北工业大学 2015
[2]光纤布拉格光栅传感解调技术及应用研究[D]. 秦川.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]水声传感器网络机会路由协议设计[D]. 张洁.华南理工大学 2016
[2]多跳水下传感器网络时间同步算法研究[D]. 张玉亮.中国海洋大学 2015
[3]水下通信网络及其自定位的系统设计与实现[D]. 房伟.西北工业大学 2015
[4]OFDM水声通信中的频率同步与信道估计[D]. 常娟.西北工业大学 2007
本文编号：3011211
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
–2SWARMs项目概念图1.2.2国内发展现状
109, 110]。指定多路径路由主要存在两种结构，一种是单Sink（一般认为是理节点或者网关节点，负责数据汇聚和处理作用）；另一种是多Sink结构。, 102, 103, 105]采用了单Sink结构的多路径路由如图1–7所示[111]（即图1–6Sink）。文献[99]采用多路径路由技术应对水声信道传输不可靠问题，接收端于比特的数据恢复技术，同时讨论了基于误比特率条件限制下的节点分布式配问题。文献[102, 103]关注了基于多路径结构和网络编码的数据传输策略。1]提出了一种基于信噪比估计的联合网络编码和模拟网络编码的多路径传输策[105]提出了结合FEC（前向纠错编码）的多路径路由技术，其中纠错编码ed-soloman编码，重点分析了多路径条件下，各个路径的数据包分配策略对数性能的影响，并分析了五种不同的分配策略。文献[104]提出了一种结合FE径路由协议，以汉明编码作为纠错码。接收端采用基于数据包分段融合的技据恢复以提高数据传输的可靠性，同时采用马尔可夫链模型分析该多路径路。
节点广播路由控制包，海底传感器节点通过路由控制包获得全网拓扑集中式选择不相交多路径。图1–8 (a)非对称的多路径路由结构(b)虚拟Sink多路径路由结构文献[106–108]关注了多路径之间的干扰问题。文献[106]提出了一种多路径路由协议旨在降低多路径之间的干扰。在路径发现过程中，源节点先发送路由发现请求包并等待回复信息，在向源节点返回路径回复信息之前，每个节点都会侦听其邻居中是否已经发送了相同路径发现序列号以及源-目的对的路径回复。其降低干扰的主要思想是当节点能够侦听到邻居节点相同的回复信息时标记自身的回复信息。当节点侦听到相同的回复信息时，认为对应链路在地理位置上比较接近。当源节点收到路由请求回复信息时可以通过标记信息构建干扰较弱的多条路径，当回复信息全部被标记时，以端到端时延为指标选择路径。文献[108]提出了一种能耗效率高且干扰避免的节点不相交多路径路由EECA（Energy Efficient and Collision Aware），如图1–9(a)所示[108]。EECA算法利用路由请求/回复控制包，同时结合节点位置信息获得地理位置上相距一个节点通信范围的两条不相交路径，通过功率控制使节点发射功率满足通信需求的最小发射功率以降低节点干扰范围和整个网络的能量消耗。类似于文献[108]
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋声学目标探测技术研究现状和发展趋势[J]. 杨益新,韩一娜,赵瑞琴,刘雄厚,汪勇. 水下无人系统学报. 2018(05)
[2]水声通信网络协议、仿真与试验综述[J]. 乔钢,刘凇佐,刘奇佩. 水下无人系统学报. 2017(03)
[3]一种用于水声通信网的全动态TDMA协议[J]. 杨文,李霞. 东南大学学报(自然科学版). 2012(01)
[4]水声传感网MAC协议综述[J]. 周密,崔勇,徐兴福,杨旭宁. 计算机科学. 2011(09)
[5]水声Modem混合自动重传试验研究[J]. 熊省军,周士弘. 声学与电子工程. 2010(04)
[6]水下无线传感器网络节点的自定位方法[J]. 薛锋,刘忠,许江湖. 海军工程大学学报. 2010(04)
[7]一种用于格型拓扑的水声传感器网络TDMA协议[J]. 钟永信,黄建国,韩晶. 电子与信息学报. 2010(07)
[8]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[9]水声通信与水声网络的发展与应用[J]. 许肖梅. 声学技术. 2009(06)
博士论文
[1]海洋管线涡激振动监测关键技术研究[D]. 李保军.西北工业大学 2015
[2]光纤布拉格光栅传感解调技术及应用研究[D]. 秦川.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]水声传感器网络机会路由协议设计[D]. 张洁.华南理工大学 2016
[2]多跳水下传感器网络时间同步算法研究[D]. 张玉亮.中国海洋大学 2015
[3]水下通信网络及其自定位的系统设计与实现[D]. 房伟.西北工业大学 2015
[4]OFDM水声通信中的频率同步与信道估计[D]. 常娟.西北工业大学 2007
本文编号：3011211
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