本文關(guān)鍵詞：基于CSMA的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò) 媒體接入控制 差異化競爭窗口 NS3

【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)在海洋環(huán)境監(jiān)測、礦藏探明開發(fā)、輔助導(dǎo)航、自然災(zāi)害預(yù)警、海上軍事防御等方面有著廣泛應(yīng)用。與成熟的陸上無線網(wǎng)絡(luò)不同,水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)有著環(huán)境惡劣、可用帶寬窄、傳播時延長、信號衰減大、多徑明顯、多普勒頻移等特點(diǎn)。因此,陸上無線通信的媒體接入控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議不能直接用于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中。作為水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分,媒體接入控制協(xié)議需要同時兼顧吞吐量、端到端時延和能耗等性能指標(biāo)。迄今為止,研究者們設(shè)計(jì)了很多不同機(jī)制的MAC協(xié)議,以滿足不同水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)場景的組網(wǎng)需要。本文針對傳感網(wǎng)絡(luò)末端500m范圍內(nèi)的互通子網(wǎng)絡(luò),研究了基于CSMA的CW-MAC(Contention Window-MAC)協(xié)議在此網(wǎng)絡(luò)場景下應(yīng)用。根據(jù)吞吐量與競爭窗口的關(guān)系,提出了一種基于黃金分割法的動態(tài)最優(yōu)競爭窗口搜索方法。本文在CW-MAC基礎(chǔ)上提出了基于差異化競爭窗口改進(jìn)的DCW-MAC(Differentiated Contention Window-MAC)協(xié)議,提出的DCW-MAC協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)到信宿或節(jié)點(diǎn)到干擾節(jié)點(diǎn)的距離差異化競爭窗口,以此優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。仿真結(jié)果表明,DCW-MAC協(xié)議對比原CW-MAC協(xié)議有更高的吞吐量和更低的端到端時延。本文提出了一種基于輪詢調(diào)度的優(yōu)化的鄰居發(fā)現(xiàn)方法,減少了需要發(fā)送鄰居發(fā)現(xiàn)包的數(shù)目和總傳輸字節(jié)數(shù),從而減少了鄰居發(fā)現(xiàn)時間和降低了發(fā)現(xiàn)包碰撞概率。最后,本文在NI-USB62ll數(shù)據(jù)采集卡、BII-5000功放及水聽器組成的硬件設(shè)備上完成了MAC協(xié)議測試平臺框架及改進(jìn)的DCW-MAC協(xié)議的具體設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn),并使用4個已有節(jié)點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)室水池中進(jìn)行了組網(wǎng)測試。
【關(guān)鍵詞】：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò) 媒體接入控制 差異化競爭窗口 NS3
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.3;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究意義10
• 1.3 研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)10-12
• 1.4 論文主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)及MAC協(xié)議介紹14-27
• 2.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)14-18
• 2.1.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧架構(gòu)14-16
• 2.1.2 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)16-18
• 2.2 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC設(shè)計(jì)目標(biāo)與挑戰(zhàn)18-21
• 2.2.1 水聲信道特點(diǎn)18-19
• 2.2.2 MAC協(xié)議設(shè)計(jì)性能指標(biāo)與主要挑戰(zhàn)19-21
• 2.3 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議分類介紹21-26
• 2.3.1 基于固定分配的MAC協(xié)議21-23
• 2.3.2 基于競爭的MAC協(xié)議23-25
• 2.3.3 混合MAC協(xié)議25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于CSMA水聲MAC協(xié)議的研究與改進(jìn)27-48
• 3.1 基于CSMA的CW-MAC協(xié)議27-32
• 3.1.1 準(zhǔn)靜態(tài)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)場景分析27-28
• 3.1.2 CW-MAC協(xié)議工作原理介紹28-29
• 3.1.3 CW-MAC協(xié)議中競爭窗口對性能的影響研究29-32
• 3.2 CW-MAC協(xié)議最優(yōu)競爭窗口動態(tài)搜索32-36
• 3.3 差異化競爭窗口策略(DCW-MAC協(xié)議)36-42
• 3.3.1 按到信宿節(jié)點(diǎn)距離差異化36-39
• 3.3.2 按到干擾節(jié)點(diǎn)距離差異化39-42
• 3.4 DCW-MAC使用的優(yōu)化鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議42-47
• 3.4.1 節(jié)點(diǎn)間傳播時延計(jì)算42-44
• 3.4.2 廣播式鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議優(yōu)化44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第四章 基于差異化競爭窗口的DCW-MAC協(xié)議仿真48-57
• 4.1 NS3仿真工具介紹48-49
• 4.2 協(xié)議仿真場景與性能指標(biāo)49-50
• 4.3 協(xié)議仿真對比50-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 水聲MAC協(xié)議測試平臺編程實(shí)現(xiàn)57-69
• 5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念與整體架構(gòu)57-58
• 5.2 各模塊具體實(shí)現(xiàn)58-65
• 5.2.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)備模塊及開發(fā)平臺選用58-59
• 5.2.2 通用MAC框架具體實(shí)現(xiàn)59-62
• 5.2.3 同步記錄系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)62-64
• 5.2.4 DCW-MAC協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)64-65
• 5.3 收發(fā)工作流程65-66
• 5.4 系統(tǒng)組網(wǎng)測試66-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 總結(jié)與展望69-71
• 本文研究工作總結(jié)69-70
• 研究展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• 附件77

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本文編號：702911