基于TDMA协议的水声通信网络MAC协议的研究与实现

发布时间：2020-04-29 19:40

【摘要】：为探索开发海洋资源、保护国家领海安全,近年来国内外对水声通信网络进行了大量研究。媒质接入控制(MAC)协议是水声自组织网络的关键技术之一,其首要任务是合理分配水声信道资源并保证可靠传输。水下环境特殊且复杂,特别是长时延和窄带宽,给MAC协议的设计带来挑战。因此,如何设计一款水声通信MAC协议使其最大限度提高网络吞吐量和可靠性,同时又能降低功率消耗和信息传输延时是一项非常紧要的工作。故本论文在现有水声传感器网络MAC协议的基础上开展如下工作。首先,分析水声通信MAC协议面临的问题,对部分现有MAC协议的原理进行研究和分析,包括ALOHA、传统TDMA、DACAP、T-Lohi等。同时分析和研究NS2及其扩展网络仿真软件的框架和原理,为水声通信网MAC协议的仿真打好基础。其次,在传统TDMA协议的基础上提出了一种基于时隙预约的水声通信MAC协议(SR-TDMA)。该协议通过预约机制动态地调整每个数据发送周期的长度,避免空闲时隙的浪费,并且通过统一回复确认ACK缩短单个数据时隙的长度,解决了传统TDMA协议水下信道利用率低的问题,提高了网络性能。将SR-TDMA协议与ALOHA、传统TDMA进行仿真对比,分析其网络性能优劣。同时对以上MAC协议的数据包长及数据包产生周期进行仿真优化,对其适用范围进行分析。最后,在ALOHA和SR-TDMA协议的基础上提出了自适应MAC协议。该协议通过自动切换两种协议机制,解决了ALOHA协议的高丢包率和SR-TDMA协议的长时延问题。仿真实验表明,自适应MAC协议具有较好的网络性能。
【图文】：

水声通信,网结构

第 1 章绪论课题背景及研究意义年来，人们通过对海洋领域的不断探索加深了对海洋的认识，随着全球机的出现，人们深刻意识到蕴藏着丰富资源的海洋的重要性。海洋约占%，深海或者大洋面积更是达到了海洋面积的 88%，其中蕴含着丰富的矿源以及生物资源，，这也导致了国际社会对海洋权益和海洋开发的竞争越清楚地认识到海洋对我国经济的可持续发展以及国家安全的重要性，从海洋强国”的战略方针。由于传统的水下点对点通信已经无法满足人们求，1993 年，美国人第一次提出了“水声通信网”这个概念，图 1.1 给通信网络结构，它由水下的固定节点、水面的中继节点以及空中的卫星是水下固定节点采集海洋环境信息等数据，并将收集的数据信息不断地继节点，中继节点将信息进行汇总然后转发给卫星，最后卫星根据实际基指控中心或者附近的 AUV[1]。

示意图,外场实验,布放

哈尔滨工程大学硕士学位论文络 MAC 协议进行了仿真研究并展开相关工作。外的研究现状通信网络发展现状通信网事业起步较早，1994 年就有了水声局域网这一概念。RONT研发的“海网”（Seaweb）系统在外场进行了三次实验在2000年时某次外场实验节点布放示意图[2]。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.3

【参考文献】