【摘要】：隨著我國海洋經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,我們需要進一步提升漁用通信裝備的水平,來滿足日益增加的海上通信需求。拓?fù)鋭討B(tài)變化的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò),在不依賴固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下便可快速搭建,并且具有無中心、自組織等特性,這與海洋通信環(huán)境的特點相契合。因此可以通過將海上漁用通信與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,來提升漁用通信網(wǎng)絡(luò)的性能。首先,本文介紹了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本概念與特點,在深入了解Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,著重對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分層協(xié)議模型進行了研究。由于作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)的MAC層信道接入?yún)f(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層路由算法,決定著網(wǎng)絡(luò)的整體性能,因此又重點分析研究了經(jīng)典的MAC協(xié)議與路由算法。其次,在學(xué)習(xí)借鑒經(jīng)典協(xié)議的基礎(chǔ)上,分析了蜂窩分簇的優(yōu)點,結(jié)合地理位置信息,設(shè)計了一種基于位置和時隙的跨層協(xié)議,并取得了一些創(chuàng)新性的研究成果,最后使用NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行了性能仿真驗證。主要內(nèi)容與成果如下:1.提出ND_HC算法,改進鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程的性能。在ND_HC算法中,節(jié)點首先利用地理位置信息,結(jié)合蜂窩分簇算法,完成自身的地理位置分簇;其次獨立劃分時段完成鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程:將每個蜂窩簇均分為6個正三角形,為每個正三角形區(qū)域分配時幀,各個正三角形區(qū)域內(nèi)的節(jié)點在其分配的時幀內(nèi),采用隨機退避算法,競爭小時隙用來傳輸HELLO分組,從而實現(xiàn)鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程。仿真結(jié)果表明,相比于802.11機制下AODV協(xié)議的鄰居發(fā)現(xiàn)性能,所提ND_HC算法能有更高的鄰居發(fā)現(xiàn)成功概率和更短的鄰居發(fā)現(xiàn)所需時間。2.提出TCD_HC算法,改進網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)過程的性能。在TCD_HC算法中,節(jié)點首先使用ND_HC算法完成鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程;然后各節(jié)點根據(jù)收集的相同蜂窩簇內(nèi)的鄰居節(jié)點地理位置信息,采用分布式計算各鄰居節(jié)點到所在蜂窩簇中心的距離,完成簇首競選;最后簇首周期性地產(chǎn)生TC分組,TC分組包含了本簇內(nèi)的節(jié)點信息與簇首節(jié)點的具體地理位置,實現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)點信息交互。在TCD_HC算法中,簇首將通信速率降低為原來的1/4以獲得近2倍的通信范圍,使TC分組能在相鄰簇首間一跳可達。TC分組在網(wǎng)絡(luò)中僅由簇首或簇首指定的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā),簇內(nèi)節(jié)點只接收獲取信息,不產(chǎn)生、不轉(zhuǎn)發(fā)TC分組,該機制使TCD_HC算法在減少了路由開銷情況下依然能有效地完成全網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明,相比于802.11機制下主動式路由協(xié)議OLSR的全網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)性能,本文提出的TCD_HC算法完成拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)所需時間更短,路由開銷更小。3.完成基于位置和時隙的跨層協(xié)議HCPT設(shè)計。在HCPT協(xié)議中,采用TDMA機制,將時間均分為一個個時間片,在每個時間片中,又分成鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)時段和數(shù)傳時段。在鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)時段,利用ND_HC算法完成鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)過程。在數(shù)傳時段,先使用TCD_HC算法進行簇首間的TC分組交互,獲取網(wǎng)絡(luò)中各個蜂窩簇中的節(jié)點分布信息和簇首的具體地理位置。在信道接入機制上,節(jié)點首先使用RTS/CTS分組進行握手控制預(yù)約信道,成功后才能進行數(shù)據(jù)傳輸,完成DATA/ACK數(shù)傳應(yīng)答過程,提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸請求時,節(jié)點利用路由表中目的節(jié)點所在簇的簇首地理位置,結(jié)合貪婪原則選擇中繼節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。通過仿真,對比了OLSR、AODV與HCPT在不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下的網(wǎng)絡(luò)性能。仿真結(jié)果表明:本文提出的HCPT跨層協(xié)議,具有更高的吞吐量以及更低的丟包率和時延,能更高效地傳輸數(shù)據(jù)。因此,HCPT跨層協(xié)議有更好的網(wǎng)絡(luò)性能,對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓泻芎玫淖赃m應(yīng)性,為實際構(gòu)建海上無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提供了參考。
【圖文】：

3.3.2 仿真結(jié)果和分析我們首先評估了不同大小的時隙退避窗口值 W 下的 ND_HC 算法的性能。如圖3.5所示為時隙退避窗口W與網(wǎng)絡(luò)密度對 ND_HC算法的每周期發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點比例 R_N 的影響�？梢钥闯鲈谙嗤W(wǎng)絡(luò)密度下，W=30 時的 R_N 大于 W=20、W=10時的 R_N，即時隙退避窗口 W 值越大，每個鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)周期中可以發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點比例越多，這是因為隨著時隙退避窗口 W 值的增加，信道中的 HELLO 分組碰撞概率降低。圖3.5 時隙退避窗口 W 與網(wǎng)絡(luò)密度對 ND_HC 每周期發(fā)現(xiàn)鄰居比例影響

降低網(wǎng)絡(luò)性能。因此，對于 ND_HC 中時隙退避窗口 W 的取值，需要考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度的影響，在本文的后續(xù)仿真中，，使用 W=30 作為 ND_HC 的時隙退避窗口值。圖3.6 時隙退避窗口 W 與網(wǎng)絡(luò)密度對 ND_HC 發(fā)現(xiàn)所有鄰居所需時間影響圖 3.7 展示了隨著網(wǎng)絡(luò)密度增加，ND_HC 和基于 802.11 機制的 AODV 協(xié)議（以下簡稱802.11）每周期發(fā)現(xiàn)鄰居比例R_N性能。在每個0.06s的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)周期中，隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)增加，則會有更多節(jié)點競爭信道發(fā)送 HELLO 消息，使碰撞概率增加。ND_HC 的性能比 802.11 更好，每個鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)周期中發(fā)現(xiàn)鄰居的比率下降的更慢，即使整個區(qū)域內(nèi)節(jié)點數(shù)增加到 280，ND_HC 也能在一個周期內(nèi)發(fā)現(xiàn) 65%的鄰居
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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6 劉e

本文編號：2596040