数据收集型水声传感网络的媒体接入控制协议设计与开发

发布时间：2021-06-21 19:13

　　水声传感网络（Underwater Acoustic Sensor Network,UWASN）在当前海洋研究开发领域具有广阔的应用前景,媒体接入控制（Medium Access Control,MAC）协议能够解决网络中各节点信道共享问题,使得多个节点公平、有效地共享网络资源,是保证水下传感节点完成数据收集任务的关键组网技术。与陆地无线传感网络不同,UWASN采用声信号作为传播媒介,具有传播时延长、能量有限、误比特率高、网络拓扑复杂多变等特点,因此设计与开发UWASN中的MAC协议具有重要研究意义。在现有的固定UWASN中,传感节点的数据通常经过多跳转发到达汇聚节点,而由于水声信道条件较差,数据包的多跳转发容易发生丢包问题,且重传数据包会导致较大的能量消耗,降低网络吞吐量与增加网络开销。近年来,水下移动节点在UWASN中的应用较为广泛,考虑将移动节点作为水下汇聚节点以收集固定传感节点数据,可以有效地提高信道利用率,因此设计与开发相应的MAC协议具有较好的应用价值。考虑固定UWASN中数据收集效率低下的问题,论文提出了一种基于调度方式的移动UWASN MAC（SCHeduling-ba... 

【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

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Grevelingen江口实验场景[47]

浙江大学硕士学位论文第1章绪论19图1.2Grevelingen江口实验场景[47]在文献[48]中，作者采用Evologics公司开源网络软件框架，可消除为网络节点配备额外硬件而导致的网络功能复杂性，从而简化创建UWASN并保持其正常运行成本。实验在库页岛的Tunaicha湖中进行，节点部署情况如图1.3所示。实验结果证实，水下通信节点包括传感节点、航行器、观测站之间的远程数据交换可成功实现，当发送节点和接收节点之间没有直接通信路径时，数据传输通过中继节点转发。采用网络层SNCF协议，中继节点能够将数据包重定向到其他节点，使得传输至接收节点的数据频繁重复。一方面，SNCF协议的此功能是一个优势，因为它确保了向最终接收节点传输数据的高概率和最短时间；另一方面，重复数据传输会增大能量消耗。图1.3库页岛Tunaicha湖实验场景[48]

浙江大学硕士学位论文第1章绪论20在文献[49]中，作者从信号处理的角度对AUV通信进行实验，在日本骏河湾北部和南部分别部署两个节点，实验场景如图1.4所示。实验过程中将发送端信号处理单元安装在SHINKAI6500上，将接收端信号处理单元安装在YOKOSUKA上，采用单信道决策反馈均衡器DFE以提高数据传输速率，从而提高频谱效率。图1.4日本骏河湾实验场景[49]文献[50]针对AUV收集固定节点数据的路由协议，在葡萄牙Porto港口进行实验，实验场景如图1.5所示，其中包括AUV移动路径。实验中采用的路由协议比较简单，AUV首先广播REPORT消息，其中包含其位置信息，当固定节点收到该REPORT消息时，判断与AUV之间的距离，若小于设定距离值，则广播DATA包。另外，作者还进行了数据多跳传输实验，其中固定节点增加了数据转发功能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于冲突解析的水声网络ALOHA协议[J]. 张阳,肖星星,普湛清,黄海宁.  网络新媒体技术. 2018(01)
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本文编号：3241247