水聲通信網(wǎng)絡(luò)以其廣闊的應(yīng)用前景吸引著學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的目光。水聲信道傳播時(shí)延長、誤碼率高極易導(dǎo)致鏈路中斷等問題給水聲通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了提供高效的水下信息傳輸與共享服務(wù),本文深入研究了水聲通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議中的MAC和路由協(xié)議,提出了適用于傳播時(shí)延長背景下的MAC層鏈路調(diào)度方法和鏈路可靠性差條件下的路由協(xié)議,達(dá)到了提高信道利用率、降低多路徑時(shí)延差和提高轉(zhuǎn)發(fā)效率的目的。研究成果對推動(dòng)水聲通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有著重要的理論意義和應(yīng)用參考價(jià)值。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括:（1）為了降低傳播時(shí)延長對網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響,建立了關(guān)聯(lián)矩陣鏈路調(diào)度模型,提出了最小時(shí)幀周期MAC層鏈路調(diào)度算法。關(guān)聯(lián)矩陣調(diào)度模型不僅能夠簡潔有效的描述鏈路間潛在沖突關(guān)系,而且在無沖突調(diào)度中能夠忽略調(diào)度優(yōu)先級對網(wǎng)絡(luò)性能的限制。最小時(shí)幀周期MAC層鏈路調(diào)度算法獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量接近于最優(yōu)鏈路調(diào)度。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,提出了聯(lián)合關(guān)聯(lián)矩陣和功率控制的MAC層鏈路調(diào)度算法,增強(qiáng)了部分接收節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力以提高信道利用率。仿真研究表明,相對于當(dāng)前主流的MAC層鏈路調(diào)度算法,本文提出的兩種MAC層鏈路調(diào)度算法在網(wǎng)絡(luò)吞吐量和平... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

–2SWARMs項(xiàng)目概念圖1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

109, 110]。指定多路徑路由主要存在兩種結(jié)構(gòu)，一種是單Sink（一般認(rèn)為是理節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯聚和處理作用）；另一種是多Sink結(jié)構(gòu)。, 102, 103, 105]采用了單Sink結(jié)構(gòu)的多路徑路由如圖1–7所示[111]（即圖1–6Sink）。文獻(xiàn)[99]采用多路徑路由技術(shù)應(yīng)對水聲信道傳輸不可靠問題，接收端于比特的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)，同時(shí)討論了基于誤比特率條件限制下的節(jié)點(diǎn)分布式配問題。文獻(xiàn)[102, 103]關(guān)注了基于多路徑結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸策略。1]提出了一種基于信噪比估計(jì)的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼和模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的多路徑傳輸策[105]提出了結(jié)合FEC（前向糾錯(cuò)編碼）的多路徑路由技術(shù)，其中糾錯(cuò)編碼ed-soloman編碼，重點(diǎn)分析了多路徑條件下，各個(gè)路徑的數(shù)據(jù)包分配策略對數(shù)性能的影響，并分析了五種不同的分配策略。文獻(xiàn)[104]提出了一種結(jié)合FE徑路由協(xié)議，以漢明編碼作為糾錯(cuò)碼。接收端采用基于數(shù)據(jù)包分段融合的技據(jù)恢復(fù)以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑫r(shí)采用馬爾可夫鏈模型分析該多路徑路。

節(jié)點(diǎn)廣播路由控制包，海底傳感器節(jié)點(diǎn)通過路由控制包獲得全網(wǎng)拓?fù)浼惺竭x擇不相交多路徑。圖1–8 (a)非對稱的多路徑路由結(jié)構(gòu)(b)虛擬Sink多路徑路由結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)[106–108]關(guān)注了多路徑之間的干擾問題。文獻(xiàn)[106]提出了一種多路徑路由協(xié)議旨在降低多路徑之間的干擾。在路徑發(fā)現(xiàn)過程中，源節(jié)點(diǎn)先發(fā)送路由發(fā)現(xiàn)請求包并等待回復(fù)信息，在向源節(jié)點(diǎn)返回路徑回復(fù)信息之前，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會偵聽其鄰居中是否已經(jīng)發(fā)送了相同路徑發(fā)現(xiàn)序列號以及源-目的對的路徑回復(fù)。其降低干擾的主要思想是當(dāng)節(jié)點(diǎn)能夠偵聽到鄰居節(jié)點(diǎn)相同的回復(fù)信息時(shí)標(biāo)記自身的回復(fù)信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)偵聽到相同的回復(fù)信息時(shí)，認(rèn)為對應(yīng)鏈路在地理位置上比較接近。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到路由請求回復(fù)信息時(shí)可以通過標(biāo)記信息構(gòu)建干擾較弱的多條路徑，當(dāng)回復(fù)信息全部被標(biāo)記時(shí)，以端到端時(shí)延為指標(biāo)選擇路徑。文獻(xiàn)[108]提出了一種能耗效率高且干擾避免的節(jié)點(diǎn)不相交多路徑路由EECA（Energy Efficient and Collision Aware），如圖1–9(a)所示[108]。EECA算法利用路由請求/回復(fù)控制包，同時(shí)結(jié)合節(jié)點(diǎn)位置信息獲得地理位置上相距一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信范圍的兩條不相交路徑，通過功率控制使節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率滿足通信需求的最小發(fā)射功率以降低節(jié)點(diǎn)干擾范圍和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。類似于文獻(xiàn)[108]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]海洋聲學(xué)目標(biāo)探測技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 楊益新,韓一娜,趙瑞琴,劉雄厚,汪勇.  水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2018(05)
[2]水聲通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、仿真與試驗(yàn)綜述[J]. 喬鋼,劉凇佐,劉奇佩.  水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2017(03)
[3]一種用于水聲通信網(wǎng)的全動(dòng)態(tài)TDMA協(xié)議[J]. 楊文,李霞.  東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(01)
[4]水聲傳感網(wǎng)MAC協(xié)議綜述[J]. 周密,崔勇,徐興福,楊旭寧.  計(jì)算機(jī)科學(xué). 2011(09)
[5]水聲Modem混合自動(dòng)重傳試驗(yàn)研究[J]. 熊省軍,周士弘.  聲學(xué)與電子工程. 2010(04)
[6]水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自定位方法[J]. 薛鋒,劉忠,許江湖.  海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(04)
[7]一種用于格型拓?fù)涞乃晜鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)TDMA協(xié)議[J]. 鐘永信,黃建國,韓晶.  電子與信息學(xué)報(bào). 2010(07)
[8]水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展[J]. 郭忠文,羅漢江,洪鋒,楊猛,倪明選.  計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2010(03)
[9]水聲通信與水聲網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 許肖梅.  聲學(xué)技術(shù). 2009(06)

博士論文
[1]海洋管線渦激振動(dòng)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李保軍.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[2]光纖布拉格光柵傳感解調(diào)技術(shù)及應(yīng)用研究[D]. 秦川.西北工業(yè)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機(jī)會路由協(xié)議設(shè)計(jì)[D]. 張潔.華南理工大學(xué) 2016
[2]多跳水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法研究[D]. 張玉亮.中國海洋大學(xué) 2015
[3]水下通信網(wǎng)絡(luò)及其自定位的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 房偉.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[4]OFDM水聲通信中的頻率同步與信道估計(jì)[D]. 常娟.西北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3011211