本文關(guān)鍵詞：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計與分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：不同于陸地上的無線電網(wǎng)絡(luò)通常依賴無線電傳輸,由于衰減低和傳播距離遠的特性,水下通信普遍采用聲波作為傳輸媒介。然而,由于聲波傳播速度慢,通信會引入較長的傳播時延,這會嚴(yán)重降低吞吐率；水下傳輸過程中的能量消耗遠高于接收過程；此外,不良的水下環(huán)境條件,例如,浮動節(jié)點移動性、誤碼率高、間歇性聯(lián)通等特性,都構(gòu)成了水下網(wǎng)絡(luò)通信的一系列挑戰(zhàn)。根據(jù)已有的觀察,我們通過以下幾個方面來提供可靠的高效傳輸：(1)預(yù)測并降低沖突與重傳；(2)使用優(yōu)化的MAC調(diào)度策略,使水下傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信。本文首先考察了DOTS協(xié)議,該協(xié)議使用被動獲得的本地信息(鄰居節(jié)點延遲和他們預(yù)期的傳輸)來提高并發(fā)傳輸?shù)臋C會。但是,該協(xié)議并不能很好處理多個暴露終端或者隱藏終端節(jié)點同時競爭并發(fā)傳輸機會的情況,為此,本文提出改進的ADOTS算法,該算法通過次傳輸接入主傳輸機制及主傳輸偵聽信道時間策略來降低并發(fā)競爭沖突的概率。其次,我們提出一個全新的水下MAC協(xié)議,UPMAC (Underwater Practical MAC protocol), UPMAC根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載將協(xié)議分為兩種不同模式(高低負(fù)載模式),并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的實時進行切換來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。UPMAC在低負(fù)載時使用夾帶(Piggyback)技術(shù)來減少控制包的使用,同時縮短網(wǎng)絡(luò)的往返延遲。此外,由于在高負(fù)載模式下,UPMAC采用Receiver-initialed的方式發(fā)送數(shù)據(jù),能明顯降低數(shù)據(jù)沖突率,提高吞吐量。最后,我們使用Aqua-Sim模擬器實現(xiàn)UPMAC、ADOTS及多個其他已有協(xié)議,并設(shè)置多個場景進行性能對比與分析,大量的仿真結(jié)果顯示,本文設(shè)計的協(xié)議能夠在隨機和Sea Swarm拓?fù)渲卸寄塬@得較好的性能。
【關(guān)鍵詞】：水下聲波傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議 Aqua-Sim
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 本文研究背景8
• 1.1.1 本文研究意義8
• 1.2 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介8-11
• 1.2.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)8-10
• 1.2.2 水聲與陸地傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)別10-11
• 1.2.3 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景11
• 1.3 本文研究工作目的及本文結(jié)構(gòu)11-12
• 2 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究12-21
• 2.1 水下物理層特性12-15
• 2.1.1 水下聲波信道12-13
• 2.1.2 水下聲傳播特性13-14
• 2.1.3 商業(yè)和研究領(lǐng)域調(diào)制解調(diào)器14-15
• 2.2 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議15-21
• 2.2.1 頻分復(fù)用16-17
• 2.2.2 碼分復(fù)用17
• 2.2.3 基于時間策略17-20
• 2.2.4 本文要解決的問題20-21
• 3 DOTS算法分析及改進21-31
• 3.1 DOTS設(shè)計思想21-23
• 3.1.1 DOTS整體框架21
• 3.1.2 DOTS詳細介紹21-23
• 3.2 DOTS分析23-25
• 3.2.1 DOTS適用性23-24
• 3.2.2 DOTS暴露的問題24-25
• 3.3 DOTS改進25-31
• 3.3.1 DOTS改進方法25-29
• 3.3.2 改進后的算法ADOTS29-31
• 4 UPMAC協(xié)議的設(shè)計實現(xiàn)31-48
• 4.1 UPMAC協(xié)議原理32-38
• 4.1.1 UPMAC協(xié)議概要介紹32-33
• 4.1.2 UPMAC協(xié)議詳細描述33-38
• 4.2 UPMAC協(xié)議分析38-48
• 4.2.1 模式轉(zhuǎn)化和吞吐量分析38-40
• 4.2.2 沖突避免策略40-41
• 4.2.3 案例分析：Sea Swarm41-42
• 4.2.4 仿真代碼分析42-48
• 5 仿真與結(jié)果分析48-57
• 5.1 仿真環(huán)境48-49
• 5.2 仿真參數(shù)設(shè)置49-50
• 5.3 仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)50-51
• 5.4 仿真結(jié)果統(tǒng)計與分析51-57
• 5.4.1 吞吐量51-53
• 5.4.2 剩余能量53-54
• 5.4.3 端到端延遲54-55
• 5.4.4 數(shù)據(jù)包大小和編碼率55-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻58-62
• 附錄A 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議分類及特性62-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

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