基于动态变化竞争窗口的水下无线传感器网络MAC协议
发布时间：2021-12-22 13:13
为了满足自主水下航行器（AUV）与静态水底节点的高效通信,文中设计了一种动态变化竞争窗口介质访问控制（DCCW-MAC）协议。该协议根据传感器节点与AUV的距离优化竞争窗口值,传输成功率高的节点调整退避时间优先发送数据包,可高效利用信道资源。仿真结果表明,所提出的DCCW-MAC协议能够满足AUV和节点之间的通信。与传统的CW-MAC协议相比,在节点数和泊松到达率相同的条件下,其最大吞吐量提高了5%,端到端时延降低了15%。
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
发送确认字符时延差异Fig.5Delaydifferenceofsendingconfirmationchar-acters
、NumPacket、和t分别表示数据包字节数、传输成功的数据包数、信道调制率和仿真时间。吞吐量能够直观体现出网络传输过程中的可靠性和实时性,是主要的性能指标,归一化吞吐量越大,网络性能越好。reTTDNumPacket(12)式中:rT和eT分别表示数据包成功接收时间和数据包入列时间,端到端时延越小,网络性能越好。avgsdEEENumPacket(13)式中:sE和dE分别表示仿真初始能量和仿真结束时剩余能量,平均能耗越小,网络性能越好。图6为不同时2种协议的归一化吞吐量曲线。可以看出,1之后,DCCW-MAC协议的吞吐量有了明显的提高,尤其当2.5时,协议达到0.5左右,性能提升了5%~10%。这是由于CW-MAC协议在网络负载增大的情况下,冲突概率同时增加,限制了数据包的传输,而DCCW-MAC协议的DCCW机制能够降低碰撞几率,提升数据包传输效率,所以归一化吞吐量较优化前有了一定提高。图6归一化吞吐量随泊松到达率变化曲线Fig.6CurvesofnormalizedthroughputversusPoissonarrivalrate图7为0.25时2种协议的归一化吞吐量随节点数变化曲线。可以看出,当节点数N5时,DCCW-MAC协议的吞吐量较CW-MAC协议高出5%左右。当N=10时,2种协议的归一化吞吐量达到峰值,之后随着节点数的增加,碰撞概率逐渐增大,限制了网络性能,导致吞吐量逐渐降低,
2020年4月水下无人系统学报第28卷180JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn且由于CW-MAC协议相较于DCCW-MAC协议没有应对多节点冲突的有效机制,其退避时间的变化区间更大,网络性能更不稳定,且较长的退避时间会造成信道堵塞,影响网络整体性能。图7归一化吞吐量随节点数变化曲线Fig.7Curvesofnormalizedthroughputversusnum-berofnodes图8为不同时2种协议的平均端到端时延曲线。端到端时延不计算重传,由发送时延和退避等待时延组成。从图中可以看出,当0.25时,DCCW-MAC协议减少了约15%的时延。因为CW-MAC协议采用全局竞争窗口,数据包传输量增大后,较长的退避时间会造成信道堵塞,增加了退避等待的时间。DCCW-MAC协议的DCCW机制能够合理控制竞争窗口值,减少退避时间,平均端到端时延优于CW-MAC,可以更高效地传输数据。图8平均端到端时延随泊松到达率变化曲线Fig.8Curvesofaverageend-to-enddelayversusPois-sonarrivalrate图9为不同节点数下平均端到端时延变化曲线。从图中可以看出,CW-MAC协议的时延增长率更高,而DCCW-MAC协议则降低30%。这是因为随着节点的增加,公共信道会经常处于忙碌状态。在CW-MAC协议中,竞争窗口值不能适应不断变化的网络,节点发送前的等待时间会变得更长,从而影响端到端时延。而在DCCW-MAC协议中,让距离近、发送成功率高的节点优先传输,有效减少了节点的等待时间,从而减少平均端到端时延。图9平均端到端时延随节点数变化曲线Fig.9Curvesofaverageend-to-enddelayversusnumberofnodes图10和图11中的平均能
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下传感器网络中避免时空不确定性影响的MAC协议[J]. 李雅婧,金志刚,苏毅珊. 南开大学学报(自然科学版). 2017(05)
硕士论文
[1]基于CSMA的水声传感器网络MAC协议的研究与实现[D]. 黄俊豪.华南理工大学 2016
本文编号：3546445
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
发送确认字符时延差异Fig.5Delaydifferenceofsendingconfirmationchar-acters
、NumPacket、和t分别表示数据包字节数、传输成功的数据包数、信道调制率和仿真时间。吞吐量能够直观体现出网络传输过程中的可靠性和实时性,是主要的性能指标,归一化吞吐量越大,网络性能越好。reTTDNumPacket(12)式中:rT和eT分别表示数据包成功接收时间和数据包入列时间,端到端时延越小,网络性能越好。avgsdEEENumPacket(13)式中:sE和dE分别表示仿真初始能量和仿真结束时剩余能量,平均能耗越小,网络性能越好。图6为不同时2种协议的归一化吞吐量曲线。可以看出,1之后,DCCW-MAC协议的吞吐量有了明显的提高,尤其当2.5时,协议达到0.5左右,性能提升了5%~10%。这是由于CW-MAC协议在网络负载增大的情况下,冲突概率同时增加,限制了数据包的传输,而DCCW-MAC协议的DCCW机制能够降低碰撞几率,提升数据包传输效率,所以归一化吞吐量较优化前有了一定提高。图6归一化吞吐量随泊松到达率变化曲线Fig.6CurvesofnormalizedthroughputversusPoissonarrivalrate图7为0.25时2种协议的归一化吞吐量随节点数变化曲线。可以看出,当节点数N5时,DCCW-MAC协议的吞吐量较CW-MAC协议高出5%左右。当N=10时,2种协议的归一化吞吐量达到峰值,之后随着节点数的增加,碰撞概率逐渐增大,限制了网络性能,导致吞吐量逐渐降低,
2020年4月水下无人系统学报第28卷180JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn且由于CW-MAC协议相较于DCCW-MAC协议没有应对多节点冲突的有效机制,其退避时间的变化区间更大,网络性能更不稳定,且较长的退避时间会造成信道堵塞,影响网络整体性能。图7归一化吞吐量随节点数变化曲线Fig.7Curvesofnormalizedthroughputversusnum-berofnodes图8为不同时2种协议的平均端到端时延曲线。端到端时延不计算重传,由发送时延和退避等待时延组成。从图中可以看出,当0.25时,DCCW-MAC协议减少了约15%的时延。因为CW-MAC协议采用全局竞争窗口,数据包传输量增大后,较长的退避时间会造成信道堵塞,增加了退避等待的时间。DCCW-MAC协议的DCCW机制能够合理控制竞争窗口值,减少退避时间,平均端到端时延优于CW-MAC,可以更高效地传输数据。图8平均端到端时延随泊松到达率变化曲线Fig.8Curvesofaverageend-to-enddelayversusPois-sonarrivalrate图9为不同节点数下平均端到端时延变化曲线。从图中可以看出,CW-MAC协议的时延增长率更高,而DCCW-MAC协议则降低30%。这是因为随着节点的增加,公共信道会经常处于忙碌状态。在CW-MAC协议中,竞争窗口值不能适应不断变化的网络,节点发送前的等待时间会变得更长,从而影响端到端时延。而在DCCW-MAC协议中,让距离近、发送成功率高的节点优先传输,有效减少了节点的等待时间,从而减少平均端到端时延。图9平均端到端时延随节点数变化曲线Fig.9Curvesofaverageend-to-enddelayversusnumberofnodes图10和图11中的平均能
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下传感器网络中避免时空不确定性影响的MAC协议[J]. 李雅婧,金志刚,苏毅珊. 南开大学学报(自然科学版). 2017(05)
硕士论文
[1]基于CSMA的水声传感器网络MAC协议的研究与实现[D]. 黄俊豪.华南理工大学 2016
本文编号：3546445
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3546445.html
