水下移动节点自组网MAC协议的设计与实现
发布时间：2021-07-08 23:05
随着海洋事务的飞速发展,水声网络技术得到了迅猛的发展。媒质接入控制（MAC）协议划分水声信道资源给各个通信节点并保证节点之间能够进行可靠的通信,是水声网络技术中极为重要的一环。水声信道复杂多变,其时延长带宽窄,使水下MAC协议的设计较之陆地无线通信MAC协议面临着更高的丢包率以及更长的网络时延。没有一种MAC协议适用于所有的网络环境,本文的研究目标是解决MAC协议用于水下移动网络时面临的长且变化的传输时延导致的长网络时延以及高丢包率的问题,以提高水下移动网络在通信过程中的吞吐量,提升网络性能。本文所做的工作主要有以下几项。首先对目前常用网络仿真软件进行比较,选择了OPNET做为网络仿真软件,针对OPNET无线通信模型应用于水声网络存在的问题对OPNET无线通信模型里的管道文件参数进行了修改,使之能够适配水声信道;对水声信道物理层进行分析,将物理层仿真得到的误码率曲线带入OPNET中以模仿物理层行为,搭建整个水声网络仿真平台。针对基于TDMA协议的MAC协议用于水下移动网络时存在的问题,在DTSHL协议的基础上进行了改进,使之能够更准确、高效的完成水下移动网络时钟同步,改进后的协议同步时...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seaweb2000外场实验布放图
第一章绪论3图1-2SeaWeb2003外场实验布放图在Seaweb研究的基础上，美国再次推动进行了ORION计划，也即海洋研究交互观测站网，该网络的监测主要分为三个模块：一是海底线缆的区域观测，二是海岸带的观测，三是浮标的全球观测[11]。2010年，欧洲防务署提出并推进了一项取名为RA-CUN的项目，此项目参与国家众多，包含了大多数欧洲大国。此项目主旨在于探究同时存在移动和固定节点时的网络，搭建并验证此水声网络。2014年5月，RA-CUN工程进行了试验操作，向多国展现了其搭建的水声移动网络。RA-CUN项目证实了水下移动组网的可行性，为未来的探索做出了基础方面的贡献[12]。国内这方面的研究相对国外来说开始的比较晚，主要包括哈尔滨工程大学、中船重工715所、厦门大学等在水声领域有所建树的高校和研究所。715所在2010年进行了湖上的水声组网试验，主要用的是TDMA与轮询式结合的协议。实验布放图和节点示意图如下图1-3和图1-4所示[13]。
电子科技大学硕士学位论文4图1-3715所外场实验布放图图1-4节点示意图1.2.2水下通信网络MAC层研究现状根据水下通信网络需求的不同，MAC协议的分类也有所不同，通常情况下，水下网络的MAC层协议可直接按照传输方式划分为两大类，其中固定分配协议主要是对水声信道按照固定的方式进行分配，以最大限度的合理利用信道资源，常见的固定分配协议有频分多址分配协议[14]、时分多址分配协议[15]和码分多址分配协议[16]。竞争类的协议按节点接入网络的方式可分为两类。其中随机接入协议又可以分成两种典型[17]；ALOHA协议可以在节点有数据发送的时候就直接发送数据而不需要等候，对信道中是否有其他数据包在传输并不关注；当接收节点成功收到数据后会发送确认信号来告知发送端；如果信息在传输过程中丢失，则发送节点无法收到接收节点的确认信号，则重新传输数据包[18]。很多基于ALOHA和CSMA衍生的协议均是在陆地无线通信网络中所使用，陆地无线网络的传播时延非常小（电磁波在空气中的传播速度是3108m/s）。直接把地面上的无线网络协议应用到水声网络中存在很大的问题，因为声波作为传播载体时要远远低于电磁波在空气中传播的速度[19]。握手类媒体接入协议的目的是为了更好的避免碰撞，即，在发送数据前，要发送握手信息竞争信道。声波在水中的传播时延较长，会对握手类协议交换握手信息时有重要的影响。握手类的协议主要有DACAP、MACAU、slotted-FAMA等[20]。（1）国外研究现状频分多址分配协议是将水声信道可用带宽划分为多个频段，每个频段分配给不同的发送节点，这样的分配方式可以让各个节点在进行通信的过程中互不干扰，
本文编号：3272506
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seaweb2000外场实验布放图
第一章绪论3图1-2SeaWeb2003外场实验布放图在Seaweb研究的基础上，美国再次推动进行了ORION计划，也即海洋研究交互观测站网，该网络的监测主要分为三个模块：一是海底线缆的区域观测，二是海岸带的观测，三是浮标的全球观测[11]。2010年，欧洲防务署提出并推进了一项取名为RA-CUN的项目，此项目参与国家众多，包含了大多数欧洲大国。此项目主旨在于探究同时存在移动和固定节点时的网络，搭建并验证此水声网络。2014年5月，RA-CUN工程进行了试验操作，向多国展现了其搭建的水声移动网络。RA-CUN项目证实了水下移动组网的可行性，为未来的探索做出了基础方面的贡献[12]。国内这方面的研究相对国外来说开始的比较晚，主要包括哈尔滨工程大学、中船重工715所、厦门大学等在水声领域有所建树的高校和研究所。715所在2010年进行了湖上的水声组网试验，主要用的是TDMA与轮询式结合的协议。实验布放图和节点示意图如下图1-3和图1-4所示[13]。
电子科技大学硕士学位论文4图1-3715所外场实验布放图图1-4节点示意图1.2.2水下通信网络MAC层研究现状根据水下通信网络需求的不同，MAC协议的分类也有所不同，通常情况下，水下网络的MAC层协议可直接按照传输方式划分为两大类，其中固定分配协议主要是对水声信道按照固定的方式进行分配，以最大限度的合理利用信道资源，常见的固定分配协议有频分多址分配协议[14]、时分多址分配协议[15]和码分多址分配协议[16]。竞争类的协议按节点接入网络的方式可分为两类。其中随机接入协议又可以分成两种典型[17]；ALOHA协议可以在节点有数据发送的时候就直接发送数据而不需要等候，对信道中是否有其他数据包在传输并不关注；当接收节点成功收到数据后会发送确认信号来告知发送端；如果信息在传输过程中丢失，则发送节点无法收到接收节点的确认信号，则重新传输数据包[18]。很多基于ALOHA和CSMA衍生的协议均是在陆地无线通信网络中所使用，陆地无线网络的传播时延非常小（电磁波在空气中的传播速度是3108m/s）。直接把地面上的无线网络协议应用到水声网络中存在很大的问题，因为声波作为传播载体时要远远低于电磁波在空气中传播的速度[19]。握手类媒体接入协议的目的是为了更好的避免碰撞，即，在发送数据前，要发送握手信息竞争信道。声波在水中的传播时延较长，会对握手类协议交换握手信息时有重要的影响。握手类的协议主要有DACAP、MACAU、slotted-FAMA等[20]。（1）国外研究现状频分多址分配协议是将水声信道可用带宽划分为多个频段，每个频段分配给不同的发送节点，这样的分配方式可以让各个节点在进行通信的过程中互不干扰，
本文编号：3272506
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