水下无线传感器网络的可靠性传输研究
发布时间：2021-04-09 17:57
地球表面约71%被海洋覆盖,随着陆地资源的不断开采,人们对海洋资源的需求逐步增大。海洋观测是一切海洋活动的开始,作为一种有效的海洋观测手段,水下无线传感器网络（UWSN）已被应用于防灾预警、科学研究、污染监测、海底环境勘探、军事监视和定位导航等诸多领域。不同于以电磁波为通信方式的陆上无线传感器网络（WSN）,以声波为主要通信媒介的UWSN具有高能耗、长延迟、低带宽及高误码率等通信特性,这使得UWSN中传输的可靠性面临着巨大挑战。同时节点移动性导致的拓扑变动进一步加剧了这一挑战:1.在链路层上,节点移动性导致的链路状态变化,使得静态配置或依据经验设计的全局统一的FEC编码方法无法高能效的保障数据传输的可靠性。同时,基于重传的可靠性保障机制中,重传数据包和控制包占用了宝贵的水声信道,加剧了网络中的冲突和拥塞现象。2.在网络层上,关键节点频繁参与路由,使得能量消耗不均衡,进而降低了整个网络的生存周期。同时,节点移动性导致的拓扑变动引发了路由空洞的产生,该现象加剧了网络中的丢包现象,降低了数据包的送达率。针对上述挑战,本文提出了基于BCH动态编码的链路层可靠通信算法。该算法通过对信道状态的感知...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型UWSN示意图
第2章UWSN可靠性传输基础12扑不会频繁的变动。此外，不同的MAC协议也会对网络编码的效率造成影响。图2.1MPNC网络编码工作流程2.2.2多径传输多径传输利用网络中的可用带宽同时发送同一数据包的多个副本，用于提供数据包级冗余。LCDR（LinearCodedDigraphRouting）协议利用源节点、中继节点到目的节点多径传输的可用带宽以及TCP段的网络编码，最大限度地提高数据包冗余度，以恢复丢失的数据包[28]。然而，选择合适的多路径路由协议是一项非常具有挑战性的任务，必须考虑以下因素：1.网络的大小，2.网络的生存期，3.环境条件和4.应用类型[40]。多径传输会造成大量的分组冗余，产生额外的能量消耗。且多拷贝数据传输会更多的占用本就稀缺的信道资源，造成更大的数据冲突。2.2.3两跳确认Ayaz等人提出了基于两跳确认（2H-ACK）的路由协议[45]，采用两跳确认机制（而不是单跳确认），即节点只有在下一跳邻居节点转发成功后，才会向上一跳转发节点发送应答包。在此过程中，如果节点由于任何故障而无法找到下一跳，或者即使数据包丢失，都可以在缓冲区中恢复数据包。仿真结果表明，即使在目的地会接收到一些重复的数据包，但与单跳确认传输机制相比，使用2H-ACK丢失的数据包很少。然而，对于低带宽UWSN，重复的数据包会加大数据冲突，并且导致能量的浪费。
第3章基于BCH动态编码的链路层可靠性传输18图3.1吸收系数和频率之间的关系水下环境噪声主要有以下四种来源：湍流、运输、波浪和热噪声。分别用Nt(f)，Ns(f)，Nw(f)和Nth(f)来表示这些噪声。噪声与频率f的关系如下：10logNt(f)=17-30logf,(3.10)10logNs(f)=40+20(s-0.5)+26logf-60log(f+0.03),(3.11)10logNw(f)=50+7.5w12+20logf-40logf(f+0.4),(3.12)10logNth(f)=-15+20logf.(3.13)低于10kHz的噪声一般由湍流产生。运输噪声是10-100Hz之间的主要噪声，用运输活动因子s描述。其中0<s<1，运输活动随s值减小而减少。海风引起的波浪噪声是100Hz-100kHz之间的主要噪声。在上面的公式中，w是海风速度，以m/s为单位。100kHz以上主要由热噪声产生。图3.2表示水下噪声随传输频率的变化情况。为简单起见，本文采用[23]中给出的噪声近似值。噪声NL表示为：NL=50-18logf(3.14)因此，根据公式3.6，计算信噪比为:SNRB=P-10logl-a(f)l*10-3-50+18logf(3.15)
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进二进制编码变异策略研究[J]. 李良敏. 系统仿真学报. 2005(05)
[2]Viterbi译码器的优化设计[J]. 秦东,肖斌,李志勇,周汀. 微电子学. 2000(03)
博士论文
[1]水声传感网络的媒体接入控制技术[D]. 范光宇.浙江大学 2015
本文编号：3128064
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型UWSN示意图
第2章UWSN可靠性传输基础12扑不会频繁的变动。此外，不同的MAC协议也会对网络编码的效率造成影响。图2.1MPNC网络编码工作流程2.2.2多径传输多径传输利用网络中的可用带宽同时发送同一数据包的多个副本，用于提供数据包级冗余。LCDR（LinearCodedDigraphRouting）协议利用源节点、中继节点到目的节点多径传输的可用带宽以及TCP段的网络编码，最大限度地提高数据包冗余度，以恢复丢失的数据包[28]。然而，选择合适的多路径路由协议是一项非常具有挑战性的任务，必须考虑以下因素：1.网络的大小，2.网络的生存期，3.环境条件和4.应用类型[40]。多径传输会造成大量的分组冗余，产生额外的能量消耗。且多拷贝数据传输会更多的占用本就稀缺的信道资源，造成更大的数据冲突。2.2.3两跳确认Ayaz等人提出了基于两跳确认（2H-ACK）的路由协议[45]，采用两跳确认机制（而不是单跳确认），即节点只有在下一跳邻居节点转发成功后，才会向上一跳转发节点发送应答包。在此过程中，如果节点由于任何故障而无法找到下一跳，或者即使数据包丢失，都可以在缓冲区中恢复数据包。仿真结果表明，即使在目的地会接收到一些重复的数据包，但与单跳确认传输机制相比，使用2H-ACK丢失的数据包很少。然而，对于低带宽UWSN，重复的数据包会加大数据冲突，并且导致能量的浪费。
第3章基于BCH动态编码的链路层可靠性传输18图3.1吸收系数和频率之间的关系水下环境噪声主要有以下四种来源：湍流、运输、波浪和热噪声。分别用Nt(f)，Ns(f)，Nw(f)和Nth(f)来表示这些噪声。噪声与频率f的关系如下：10logNt(f)=17-30logf,(3.10)10logNs(f)=40+20(s-0.5)+26logf-60log(f+0.03),(3.11)10logNw(f)=50+7.5w12+20logf-40logf(f+0.4),(3.12)10logNth(f)=-15+20logf.(3.13)低于10kHz的噪声一般由湍流产生。运输噪声是10-100Hz之间的主要噪声，用运输活动因子s描述。其中0<s<1，运输活动随s值减小而减少。海风引起的波浪噪声是100Hz-100kHz之间的主要噪声。在上面的公式中，w是海风速度，以m/s为单位。100kHz以上主要由热噪声产生。图3.2表示水下噪声随传输频率的变化情况。为简单起见，本文采用[23]中给出的噪声近似值。噪声NL表示为：NL=50-18logf(3.14)因此，根据公式3.6，计算信噪比为:SNRB=P-10logl-a(f)l*10-3-50+18logf(3.15)
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进二进制编码变异策略研究[J]. 李良敏. 系统仿真学报. 2005(05)
[2]Viterbi译码器的优化设计[J]. 秦东,肖斌,李志勇,周汀. 微电子学. 2000(03)
博士论文
[1]水声传感网络的媒体接入控制技术[D]. 范光宇.浙江大学 2015
本文编号：3128064
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3128064.html
