基于渔船超短波自组织网络的GPSR路由协议设计与仿真

发布时间：2017-10-12 04:28

  本文关键词：基于渔船超短波自组织网络的GPSR路由协议设计与仿真

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【摘要】：超短波通信是指利用30~300MHz波段的无线电波进行信息传输,其波长在1~10米之间,主要依靠地波传播和空间波视距传播。整个超短波的频带宽度有270兆赫,是短波频带宽度的10倍。由于频带较宽,因而被广泛应用于电视、调频广播、雷达探测、移动通信、军事通信等领域。海洋渔船超短波通信是指利用27.5~39.5MHz波段的无线电波进行渔船间的通信及近海渔船与岸台之间通信,其波长为10.91-7.59米。这一波段是短波的高段和超短波的低段,是我国渔船通信的宝贵频谱资源,具有唯一性。国家已建设超短波(近海)通信网,主要由78座无人值守基站和相应的远程通信控制中心及近海船台组成,为近海作业的17万多艘渔船提供通信服务。目前,渔船超短波通信存在的主要问题主要包括:一是大量渔船聚集作业时,不可能为每一渔船用户分配一个独立的信道,造成通信网络内信号拥塞,信息不能及时传达,通信质量受到严重影响。二是除少数基站省份实现了省内联网外,上述基站并没有实现全部联网,无法异地对基站进行管理,也无法利用异地基站和海上渔船进行超短波通信。解决上述问题的技术核心是建立适用于海上渔船超短波无线自组织网络。无线自组织网络(mobile ad-hoc network,简称Ad Hoc网络)主要采用无线电方式进行通信,是一种支持多跳通信、拓扑结构动态变化的对等网络。网络中的节点可以按需随时组网,在两个节点无法直接通信时,其他节点可以作为中继节点进行转发,适合动态拓扑结构的网络。目前,Ad Hoc技术逐渐成熟,已成为近几年的研究重点,为本研究建立渔船超短波自组织网络解决上述问题提供良好的理论依据和技术借鉴。将自组网络技术与超短波通信网络相结合建立一个适合渔船通信的海上超短波自组织网络,此网络不仅可以弥补海上超短波通信无法进行远距离通信缺点,而且还可以提高网络通信质量,更好地为近海作业的渔船提供可靠保障的通信服务。海上渔船超短波自组织网络是一个自组织、无中心、动态拓扑的网络结构,节点必须具备有能够路由和转发数据包的能力,因此,路由协议的选取与设计不仅是影响整个渔船超短波自组织网络性能的核心技术,而且也是构建海洋渔船超短波自组织网络关键技术之一。针对渔船无线通信带宽窄,通信不稳定等缺点,设计一个适合渔船超短波自组网络,提高渔船海上安全通信的路由协议尤为重要。现今海上渔船都配有GPS定位系统,利用GPS定位系统获取出海作业渔船的地理位置信息。基于这一有利因素,本文确定基于地理位置信息的GPSR路由协议作为研究对象。由于渔船通信具有随机性、不稳定性,对路由是否能够快速建立、通信可靠性等要求较高,本文需在传统的GPSR路由协议基础上对其进行设计与改进,并用MATLAB和OPNET仿真软件进行仿真,验证改进后协议的工作性能。本文从两个方面分别提出两种改进算法,第一种从节约船只的电力资源角度出发,提出基于分簇的GPSR改进协议;第二种从优化贪婪算法和转发路径的角度出发,提出基于左(右)手法则的GPSR改进协议。采用MATLAB对GPSR协议和改进后的算法进行仿真对比,并对仿真对比结果进行分析。并得出以下结论:基于分簇的GPSR协议适合用于节点能量有限的网络,基于左(右)手法则的GPSR协议适合用于对稳定性要求高、时延要求小的网络。结合渔船通信物理条件,选择基于左(右)手法则进行系统性仿真。利用OPNET仿真软件,模拟渔船工作环境,设计基于左(右)手法则的GPSR改进协议,并对渔船在不同的网络规模下的通信情况进行仿真,观察GPSR协议的工作性能情况,对仿真结果进行分析,得出当出海作业的船队约由20艘左右,且运行速度在5m/s-15m/s范围之内的情况下,GPSR路由协议的综合工作性能较好。
【关键词】：海洋渔船通信 超短波自组织网络 GPSR路由协议
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.2;TN925
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-18
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 基于空洞现象GPSR路由协议的研究13
• 1.2.2 基于热点路由问题GPSR协议的研究13-14
• 1.2.3 基于位置矢量的GPSR路由协议的研究14
• 1.2.4 GPSR路由协议基于其他问题的研究14-15
• 1.3 研究内容15-16
• 1.4 论文组织结构16-18
• 第二章 基于地理位置信息的GPSR路由协议的研究概述18-23
• 2.1 概述18
• 2.2 GPSR协议具体内容18-21
• 2.3 理论分析21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 基于分簇的GPSR改进路由协议23-33
• 3.1 协议的提出23-24
• 3.2 GPSR路由改进协议算法24-27
• 3.2.1 协议内容24
• 3.2.2 条件假设24
• 3.2.3 簇头的选举优化24-25
• 3.2.4 簇的建立阶段25-26
• 3.2.5 数据的传输26-27
• 3.3 仿真及结果分析27-31
• 3.3.1 仿真工具27
• 3.3.2 仿真环境27
• 3.3.3 性能评价指标27-28
• 3.3.4 仿真结果分析28-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第四章 基于左（右）手法则的GPSR改进协议33-42
• 4.1 协议的提出33
• 4.2 GPSR协议改进算法33-36
• 4.3 仿真结果与分析36-39
• 4.3.1 仿真环境36
• 4.3.2 仿真结果分析36-39
• 4.4 两种改进协议的比较39-40
• 4.5 本章小结40-42
• 第五章 路由协议仿真模型设计与仿真42-56
• 5.1 协议的选择42
• 5.2 仿真工具42-43
• 5.3 节点模型设计43-49
• 5.3.1 source_1 模块设计43-45
• 5.3.2 gpsr_mode模块设计45-47
• 5.3.3 收发数据模块47-49
• 5.4 接口设计49-51
• 5.4.1 source_1 和gpsr_mode模块间接口49-50
• 5.4.2 gpsr_mode和收发机模块间接口50-51
• 5.5 仿真结果及分析51-55
• 5.5.1 仿真场景设置51
• 5.5.2 性能评价指标51-52
• 5.5.3 仿真结果及分析52-55
• 5.6 本章小结55-56
• 第六章 小结56-58
• 攻读硕士期间的研究成果58-59
• 参考文献59-63
• 附录63-70
• 致谢70

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本文编号：1016646