【摘要】：近年來,隨著軍事和民用方面對海洋資源開發(fā)活動的增加,水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究價值日益凸現(xiàn)。由于采用聲波作為通信載體,水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著延時高、帶寬低、誤碼率高、信號衰減大等問題,這些問題給水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計帶來了巨大挑戰(zhàn)。如何針對這些挑戰(zhàn)去構(gòu)建高效穩(wěn)定的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò),對于海洋資源的合理開發(fā)來說至關(guān)重要。論文首先闡述了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景以及國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。目前的研究成果中,水聲傳感網(wǎng)中的傳感器節(jié)點往往成本昂貴、體積龐大,并且功耗極高,傳統(tǒng)的水下MAC(媒體接入控制)協(xié)議無法保障水聲傳感網(wǎng)擁有較高的吞吐量與能耗性能。針對這一現(xiàn)狀,本文旨在設(shè)計一種基于微型傳感器節(jié)點以及競爭型MAC改進協(xié)議構(gòu)建的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)。研究內(nèi)容主要包括以下兩部分:(1)微型水聲傳感器節(jié)點的研制。該部分的研究目標為設(shè)計一套低功耗、體積小以及集收發(fā)功能于一體的水聲傳感器裝置,主要包括硬件電路與嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計。硬件模塊主要包括電源轉(zhuǎn)換電路、基于MSP430F5335處理器的微控制器核心電路、工作模式切換電路、信號發(fā)送電路以及信號接收電路。信號發(fā)送電路包括驅(qū)動放大電路、阻抗匹配電路,用于驅(qū)動T235水聲換能器正常工作,從而保證數(shù)據(jù)能穩(wěn)定地通過水下信道進行傳輸。信號接收電路包括增益放大電路、帶通濾波電路,用于將換能器接收到的微弱電信號進行放大濾波,最后將該信號傳輸至微控制器進行采集。嵌入式系統(tǒng)軟件按照TCP/IP分層模型劃分成了三部分:物理層、應(yīng)用層以及數(shù)據(jù)鏈路層。其中物理層部分負責微控制器硬件資源的初始化,應(yīng)用層部分負責編寫實現(xiàn)節(jié)點通信功能的相關(guān)應(yīng)用程序,數(shù)據(jù)鏈路層部分負責制定MAC協(xié)議的移植。(2)競爭型MAC改進協(xié)議的仿真分析與移植。首先研究了基于競爭窗口(Contention Window,CW)的CW-MAC協(xié)議的工作原理,并針對其無法完全保障信道利用公平性的缺陷,提出了兩種基于異構(gòu)競爭窗口優(yōu)化策略的HCW-MAC改進協(xié)議。緊接著在NS-3(Network Simulator Version 3)仿真平臺上對CW-MAC以及HCW-MAC協(xié)議進行仿真比對,仿真結(jié)果驗證了HCW-MAC協(xié)議的吞吐量與能耗性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的CW-MAC協(xié)議,并且HCW-MAC II協(xié)議的性能效果最佳。最后完成HCW-MAC II協(xié)議在硬件平臺上的移植,實現(xiàn)多個水聲傳感器節(jié)點之間的組網(wǎng)通信。論文最后對整體傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行組網(wǎng)通信測試,測試結(jié)果顯示系統(tǒng)的通信傳輸成功率高于90%,通信功耗低于20W,達到了預(yù)定的設(shè)計要求。
【圖文】：

杭州電子科技大學碩士學位論文說也是至關(guān)重要的[7]。內(nèi)外研究現(xiàn)狀聲傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀20 世紀 40 年代初，為了應(yīng)對可能來臨的前蘇聯(lián)潛艇侵略，美國軍方就開始在地置岸基聲吶站，并建立起了一套代號為 SOSUS 的海底聲吶監(jiān)測系統(tǒng)[8]，該系統(tǒng)期的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，之后美國在此基礎(chǔ)上對該系統(tǒng)進行了大量的改進并效果。4 年，WHOI（伍茲霍爾海洋研究所）在加利福尼亞海灣部署了 ALAN（水聲局域用該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對海底地震相關(guān)的數(shù)據(jù)進行采集從而達到預(yù)測地震災(zāi)害的目的。究所在 Monterey 海灣部署了代號為“PLUSNET”的近海水下傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系研制目的主要是為了更好地探測和跟蹤外來侵入的海洋軍事設(shè)備�！癙LUSNET圖如圖 1.1 所示：

圖 1.2 “海網(wǎng)（SEAWEB）” 系統(tǒng)分布示意圖聲傳感器節(jié)點的研制方面，最為出名的有 LinkQuest 公司的 UWM 系推出 ATM-88X、ATM-9XX 系列水聲傳感器[11]，它們已經(jīng)可以很好地應(yīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，并且產(chǎn)品的體積大小、工作距離等參數(shù)可根據(jù)用ATM 系列水聲傳感器應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信時的工作模擬示意如圖 1.3 所示，，傳感器的性能指標如表 1.1 所示：
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.3

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本文編號：2690336