發(fā)布時(shí)間：2016-08-04 20:15

  本文關(guān)鍵詞：水下傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)通信協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國海洋大學(xué)》 2009年

基于柱形換能器的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議研究

孫玉婷  

【摘要】： 水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題一直是近年來大家研究的熱點(diǎn),涌現(xiàn)出了不少與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的組網(wǎng)協(xié)議技術(shù)和研究成果。目前,水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要利用水聲進(jìn)行通信,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)依靠聲波來傳遞信息,水聲換能器成為必不可少的部件。由于柱形換能器可以做成水平無指向性、垂直指向性可控的寬帶換能器,是聲納系統(tǒng)中僅次于縱向換能器的一種類型,因此更適合在淺海中使用。 本文研究一種適用于柱形換能器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議,建立網(wǎng)絡(luò)理論分析模型,提出適用于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸控制方法,并針對(duì)給出的網(wǎng)絡(luò)部署模型對(duì)其MAC層協(xié)議進(jìn)行研究,提出新的路由傳輸機(jī)制和節(jié)點(diǎn)定位方法,通過仿真驗(yàn)證其有效性。論文的主要研究內(nèi)容包括： 1、抽象基于換能器的水下節(jié)點(diǎn),建立水下節(jié)點(diǎn)的通訊模型,定義節(jié)點(diǎn)的部署概率和換能器概率,給出兩節(jié)點(diǎn)間連通概率的計(jì)算公式,并通過仿真研究換能器基本參數(shù)與節(jié)點(diǎn)連通概率之間的關(guān)系,從而得出換能器發(fā)射角是影響換能器概率的主要因素。本文提出了適用于水下稀疏部署的固定部署模型,對(duì)于給定區(qū)域,給出節(jié)點(diǎn)部署密度與節(jié)點(diǎn)通訊概率之間的關(guān)系；對(duì)于水下節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)稠密部署,給出了節(jié)點(diǎn)部署密度與節(jié)點(diǎn)通訊概率之間的關(guān)系。 2、在結(jié)合第一部分給出的連通概率的基礎(chǔ)上,針對(duì)水下網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),提出適應(yīng)此網(wǎng)絡(luò)模型的MAC協(xié)議算法。第一種方法是根據(jù)節(jié)點(diǎn)連通概率確定節(jié)點(diǎn)之間發(fā)包重傳次數(shù),在此基礎(chǔ)上采用RTS/CTS機(jī)制進(jìn)行通信建立；第二種方法是進(jìn)一步考慮降低節(jié)點(diǎn)能量消耗,確定合理的休眠機(jī)制,最后通過仿真驗(yàn)證了算法的有效性。 3、針對(duì)本文提出的固定部署和隨機(jī)部署,分別給出了基于固定部署和隨機(jī)部署的路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。對(duì)于固定部署,基于最短路徑的原則,建立從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)多條路徑來實(shí)現(xiàn)能量的平衡。為了提高路由算法的自適應(yīng)性,當(dāng)路徑上有節(jié)點(diǎn)損壞時(shí),通過尋找損壞節(jié)點(diǎn)附近的新的節(jié)點(diǎn)來替代損壞節(jié)點(diǎn)以保持路徑的有效性,從而提高了路由的可靠性和網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,并通過仿真驗(yàn)證了其有效性。對(duì)于隨機(jī)部署,考慮節(jié)點(diǎn)間的連通概率、節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離等因素,給出了轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù),從而減少節(jié)點(diǎn)的盲目轉(zhuǎn)發(fā),同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)排除表來減少選擇鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)的計(jì)算量,通過仿真顯示該協(xié)議可以使得網(wǎng)絡(luò)能量平穩(wěn)下降,有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 4、定位部分利用了聲波幅度的有關(guān)特性和第一部分連通概率與距離的關(guān)系,分別提出了一種測(cè)距方法,并應(yīng)用到定位方法中。第一種方法是利用了聲波在水下傳播時(shí)幅度衰減和距離的關(guān)系,進(jìn)而推導(dǎo)出一個(gè)有關(guān)距離和幅度的公式,然后利用三邊定位的方法進(jìn)行定位；第二種方法使用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)依據(jù)了節(jié)點(diǎn)的連通概率來推算出兩節(jié)點(diǎn)之間的距離,定位時(shí)也采用三邊定位的方法確定未知節(jié)點(diǎn)位置,最后通過實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證了這些定位方法的適用性。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TN929.3;TP212.9
【目錄】：

摘要5-7

Abstract7-11

1 引言11-24

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述11-19

1.1.1 陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)11-14

1.1.2 水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)14-17

1.1.3 柱形換能器及通信特點(diǎn)17-19

1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀19-23

1.3 本文主要研究內(nèi)容23-24

2 連通性與部署分析24-60

2.1 概述24-26

2.2 模型假設(shè)26-31

2.2.1 問題描述26-27

2.2.2 節(jié)點(diǎn)運(yùn)行模型27-28

2.2.3 換能器通訊模型28-31

2.3 網(wǎng)絡(luò)的連通性分析31-37

2.3.1 節(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)描述31-32

2.3.2 兩節(jié)點(diǎn)的連通性分析32-34

2.3.3 兩節(jié)點(diǎn)的連通性實(shí)例分析34-37

2.4 二維部署分析37-48

2.4.1 平面確定性部署38-40

2.4.2 平面確定性部署仿真分析40-43

2.4.3 平面隨機(jī)部署43-45

2.4.4 平面隨機(jī)部署仿真分析45-48

2.5 三維空間部署分析48-58

2.5.1 空間確定性部署48-51

2.5.2 空間確定性部署仿真分析51-54

2.5.3 空間隨機(jī)部署54-55

2.5.4 空間隨機(jī)部署仿真分析55-58

2.6 本章小結(jié)58-60

3 MAC協(xié)議60-88

3.1 目前水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議及存在問題60-72

3.1.1 概述60-61

3.1.2 水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC的挑戰(zhàn)61-65

3.1.3 水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)需注意的要點(diǎn)65-66

3.1.4 幾種典型MAC協(xié)議分析66-72

3.2 一種基于連通概率的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議72-85

3.2.1 水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型72-74

3.2.2 協(xié)議介紹74-76

3.2.3 仿真76-85

3.3 一種基于休眠的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議85-87

3.3.1 協(xié)議介紹85-86

3.3.2 仿真86-87

3.4 本章小結(jié)87-88

4 路由分析88-106

4.1 概述88-90

4.2 相關(guān)研究90-91

4.2.1 基于位置的路由90-91

4.2.2 能量有效的路由91

4.3 固定部署的路由分析91-101

4.3.1 固定部署模型的路由建立92-96

4.3.2 基于能量均衡的自適應(yīng)算法96-98

4.3.3 仿真98-101

4.4 隨機(jī)部署的路由分析101-105

4.4.1 基于連通概率的能量有效的轉(zhuǎn)發(fā)算法101-104

4.4.2 仿真104-105

4.5 本章小結(jié)105-106

5 定位106-124

5.1 概述106-107

5.2 定位性能參數(shù)107-108

5.3 定位技術(shù)分類及典型算法108-116

5.3.1 基本方法109-110

5.3.2 分類110-111

5.3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)距技術(shù)111-113

5.3.4 典型算法舉例113-116

5.4 一種基于幅度衰減測(cè)距的定位算法116-120

5.4.1 基于幅度衰減測(cè)距方法116-119

5.4.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的流程119-120

5.4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)120

5.5 一種基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和連通概率的定位算法120-123

5.5.1 問題模型121

5.5.2 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式121-122

5.5.3 未知節(jié)點(diǎn)定位算法122-123

5.6 本章小結(jié)123-124

6 結(jié)束語124-125

參考文獻(xiàn)125-131

致謝131-132

作者論文發(fā)表情況、參與項(xiàng)目及所獲獎(jiǎng)勵(lì)132-133

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【相似文獻(xiàn)】

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1 高;供水下傳感器使用的光電探測(cè)器[J];紅外;1996年06期

2 邢小平;小型水下傳感器揭示沿海秘密[J];水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù);2003年01期

3 ;水下傳感器具備魚類仿生聽覺[J];電子設(shè)計(jì)技術(shù);2007年05期

4 李平;陸炳哲;;美國虛擬潛望鏡研究及進(jìn)展[J];艦船電子工程;2006年05期

5 李濤;馬玉濤;;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究[J];科技信息(科學(xué)教研);2008年12期

6 劉林峰;劉業(yè);;基于滿Steiner樹問題的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆纤惴ㄑ芯縖J];通信學(xué)報(bào);2010年09期

7 王君;;支持水下網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的信息系統(tǒng)探討[J];指揮信息系統(tǒng)與技術(shù);2010年05期

8 吳志強(qiáng);李斌;;基于電流場(chǎng)的水下高速數(shù)字通信方法及實(shí)現(xiàn)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2010年11期

9 王彪;李宇;黃海寧;薛山花;;水下聲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信性能研究[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2008年07期

10 沈海闊;金波;陳鷹;徐振賢;陳飛飛;李勇;;基于CAN總線的深海長距離通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電氣自動(dòng)化;2003年06期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王正;黃海寧;劉承恩;葉青華;;一種水下傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究[A];2005年全國水聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

2 解愷;房棟;李宇;黃海寧;;水下組網(wǎng)通信的多載波擴(kuò)頻技術(shù)研究[A];2009年全國水聲學(xué)學(xué)術(shù)交流暨水聲學(xué)分會(huì)換屆改選會(huì)議論文集[C];2009年

3 李劍;韓樹平;;利用時(shí)延估計(jì)對(duì)空中聲源水下定位的研究[A];2009年浙蘇黑魯津四省一市聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

4 趙良明;劉衛(wèi)東;;水下網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念與框架研究[A];2009年中國東西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2009年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 解軍;[N];中國國防報(bào);2008年

2 本報(bào)專稿 沐陽;[N];世界報(bào);2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 馮源;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];中國海洋大學(xué);2010年

2 李正寶;具有時(shí)空多變性的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)協(xié)議研究[D];中國海洋大學(xué);2011年

3 孫玉婷;基于柱形換能器的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

4 洪璐;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)高效數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議研究[D];中國海洋大學(xué);2011年

5 周鵬;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)海上試驗(yàn)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)[D];中國海洋大學(xué);2010年

6 徐君鋒;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通信可靠性和能量有效性的機(jī)制研究[D];大連理工大學(xué);2011年

7 羅漢江;海洋監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 唐樹青;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

2 劉亞;基于壓縮感知的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)信息獲取方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 王長生;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2011年

4 徐巒;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和仿真模型研究[D];中國海洋大學(xué);2012年

5 阮斌鋒;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法研究[D];杭州電子科技大學(xué);2012年

6 張洪東;基于NS2的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)模擬仿真技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

7 楊雪;高速水下傳感器網(wǎng)絡(luò)信道建模和容量分析[D];天津大學(xué);2012年

8 張冬運(yùn);基于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)目標(biāo)跟蹤研究[D];江蘇科技大學(xué);2013年

9 邢芙寧;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

10 林杰;浮標(biāo)系統(tǒng)非接觸電能高效耦合及數(shù)據(jù)傳輸方法的研究[D];天津大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：水下傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)通信協(xié)議研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：85010