為了滿足自主水下航行器（AUV）與靜態(tài)水底節(jié)點的高效通信,文中設(shè)計了一種動態(tài)變化競爭窗口介質(zhì)訪問控制（DCCW-MAC）協(xié)議。該協(xié)議根據(jù)傳感器節(jié)點與AUV的距離優(yōu)化競爭窗口值,傳輸成功率高的節(jié)點調(diào)整退避時間優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)包,可高效利用信道資源。仿真結(jié)果表明,所提出的DCCW-MAC協(xié)議能夠滿足AUV和節(jié)點之間的通信。與傳統(tǒng)的CW-MAC協(xié)議相比,在節(jié)點數(shù)和泊松到達率相同的條件下,其最大吞吐量提高了5%,端到端時延降低了15%。 

【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學報. 2020,28(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

發(fā)送確認字符時延差異Fig.5Delaydifferenceofsendingconfirmationchar-acters

、NumPacket、和t分別表示數(shù)據(jù)包字節(jié)數(shù)、傳輸成功的數(shù)據(jù)包數(shù)、信道調(diào)制率和仿真時間。吞吐量能夠直觀體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的可靠性和實時性,是主要的性能指標,歸一化吞吐量越大,網(wǎng)絡(luò)性能越好。reTTDNumPacket(12)式中:rT和eT分別表示數(shù)據(jù)包成功接收時間和數(shù)據(jù)包入列時間,端到端時延越小,網(wǎng)絡(luò)性能越好。avgsdEEENumPacket(13)式中:sE和dE分別表示仿真初始能量和仿真結(jié)束時剩余能量,平均能耗越小,網(wǎng)絡(luò)性能越好。圖6為不同時2種協(xié)議的歸一化吞吐量曲線�？梢钥闯�,1之后,DCCW-MAC協(xié)議的吞吐量有了明顯的提高,尤其當2.5時,協(xié)議達到0.5左右,性能提升了5%~10%。這是由于CW-MAC協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)負載增大的情況下,沖突概率同時增加,限制了數(shù)據(jù)包的傳輸,而DCCW-MAC協(xié)議的DCCW機制能夠降低碰撞幾率,提升數(shù)據(jù)包傳輸效率,所以歸一化吞吐量較優(yōu)化前有了一定提高。圖6歸一化吞吐量隨泊松到達率變化曲線Fig.6CurvesofnormalizedthroughputversusPoissonarrivalrate圖7為0.25時2種協(xié)議的歸一化吞吐量隨節(jié)點數(shù)變化曲線�？梢钥闯�,當節(jié)點數(shù)N5時,DCCW-MAC協(xié)議的吞吐量較CW-MAC協(xié)議高出5%左右。當N=10時,2種協(xié)議的歸一化吞吐量達到峰值,之后隨著節(jié)點數(shù)的增加,碰撞概率逐漸增大,限制了網(wǎng)絡(luò)性能,導(dǎo)致吞吐量逐漸降低,

2020年4月水下無人系統(tǒng)學報第28卷180JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn且由于CW-MAC協(xié)議相較于DCCW-MAC協(xié)議沒有應(yīng)對多節(jié)點沖突的有效機制,其退避時間的變化區(qū)間更大,網(wǎng)絡(luò)性能更不穩(wěn)定,且較長的退避時間會造成信道堵塞,影響網(wǎng)絡(luò)整體性能。圖7歸一化吞吐量隨節(jié)點數(shù)變化曲線Fig.7Curvesofnormalizedthroughputversusnum-berofnodes圖8為不同時2種協(xié)議的平均端到端時延曲線。端到端時延不計算重傳,由發(fā)送時延和退避等待時延組成。從圖中可以看出,當0.25時,DCCW-MAC協(xié)議減少了約15%的時延。因為CW-MAC協(xié)議采用全局競爭窗口,數(shù)據(jù)包傳輸量增大后,較長的退避時間會造成信道堵塞,增加了退避等待的時間。DCCW-MAC協(xié)議的DCCW機制能夠合理控制競爭窗口值,減少退避時間,平均端到端時延優(yōu)于CW-MAC,可以更高效地傳輸數(shù)據(jù)。圖8平均端到端時延隨泊松到達率變化曲線Fig.8Curvesofaverageend-to-enddelayversusPois-sonarrivalrate圖9為不同節(jié)點數(shù)下平均端到端時延變化曲線。從圖中可以看出,CW-MAC協(xié)議的時延增長率更高,而DCCW-MAC協(xié)議則降低30%。這是因為隨著節(jié)點的增加,公共信道會經(jīng)常處于忙碌狀態(tài)。在CW-MAC協(xié)議中,競爭窗口值不能適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò),節(jié)點發(fā)送前的等待時間會變得更長,從而影響端到端時延。而在DCCW-MAC協(xié)議中,讓距離近、發(fā)送成功率高的節(jié)點優(yōu)先傳輸,有效減少了節(jié)點的等待時間,從而減少平均端到端時延。圖9平均端到端時延隨節(jié)點數(shù)變化曲線Fig.9Curvesofaverageend-to-enddelayversusnumberofnodes圖10和圖11中的平均能

【參考文獻】：
期刊論文
[1]水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中避免時空不確定性影響的MAC協(xié)議[J]. 李雅婧,金志剛,蘇毅珊.  南開大學學報(自然科學版). 2017(05)

碩士論文
[1]基于CSMA的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究與實現(xiàn)[D]. 黃俊豪.華南理工大學 2016



本文編號：3546445