水下无线光通信中的邻居发现方法研究

发布时间：2020-04-06 16:04

【摘要】：蛙人、水下机器人和水下传感器等人员和设备在海洋中的监测侦察、资源开发和海洋考古等领域有着重要的作用。为了使蛙人和水下设备能够安全、高效地协作执行任务,可以采用具有通信速率快、隐秘性高和能耗低等特点的水下无线光通信技术。邻居发现是多个节点间实现通信的重要前提,需要能快速地建立通信链路。本文研究了水下三维环境中的邻居发现方法,目的是保障蛙人协作、多设备节点组网等场景中邻居发现过程的可靠性、稳定性和高效性。本文的研究内容具体如下:(1)基于无线光水下传输特性设计了半球形通信节点结构,并在该结构的基础上研究了基于握手交互信息的邻居发现协议,可以在不依靠外部定位信息的情况下发现邻居节点。并且针对蛙人在运动状态下通信链路容易中断的问题,研究了通信链路的跟踪保持方法。仿真结果表明,在合理选择节点结构参数的条件下,研究的邻居发现方法能有效发现水下邻居节点并建立通信链路,通信链路跟踪保持方法也能显著地降低通信链路中断次数,提高通信链路性能。(2)分析了在水下多节点邻居发现过程中存在的问题,将令牌机制和随机退避机制的邻居发现方法相结合,研究了水下无线光多令牌随机退避(Multi-Tokens Random Backoff,MTRB)邻居发现方法,并对该方法进行了详细的理论分析和全面的数值仿真。结果表明,节点密度、令牌个数和信息发送概率等参数都会对MTRB邻居发现方法性能产生影响。在参数选择较为合适时,MTRB邻居发现方法完成邻居发现的效率比单一令牌和纯随机退避方法提高了50%左右,说明MTRB方法在信道冲突概率与信道利用率间取得了较好的平衡。综上所述,本文在提出的水下无线光通信节点结构的基础上研究了对应的蛙人协作邻居发现方法和通信链路的跟踪保持方法,并针对水下多个人员和设备组网通信的场景研究了高效率的多节点邻居发现方法,能够在水下无线光通信中快速和可靠地完成邻居发现过程。
【图文】：

西安理工大学工程硕士专业学位论文数；sC 和lC 分别表示小型和大型粒子的浓度。其中， ( )w 、0( )s 和 ( )ol 的计算如公式(2-8)所示[30]： 4.3221.70.30.005826 400 /1.1513 400 /0.341 400 /wsl (2-8)由于水对不同波长无线光的吸收和散射作用各不相同[75]，根据公式(2-6)和公式(2-7)对不同波长在不同 CC条件下的吸收和散射进行了仿真分析。如图 2-2 所示为不同 Cc下的吸收系数与波长的关系，图 2-3 为不同 Cc下的散射系数与波长的关系。

西安理工大学工程硕士专业学位论文数；sC 和lC 分别表示小型和大型粒子的浓度。其中， ( )w 、0( )s 和 ( )ol 的计算如公式(2-8)所示[30]： 4.3221.70.30.005826 400 /1.1513 400 /0.341 400 /wsl (2-8)由于水对不同波长无线光的吸收和散射作用各不相同[75]，根据公式(2-6)和公式(2-7)对不同波长在不同 CC条件下的吸收和散射进行了仿真分析。如图 2-2 所示为不同 Cc下的吸收系数与波长的关系，图 2-3 为不同 Cc下的散射系数与波长的关系。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

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本文编号：2616727