發(fā)布時間：2017-06-20 12:13

  本文關(guān)鍵詞：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類資源需求的日益增加而陸地資源的逐漸減少,日臻完善的水聲通信技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促使了可用于海洋勘探的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,由于其在軍事和民用上具有廣闊的應(yīng)用前景,水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸受到世界各國的關(guān)注。由于水下環(huán)境與陸地有較大差異,水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)不能直接使用現(xiàn)有的針對陸上傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的協(xié)議。另外,水聲信道的傳輸速率低、有效帶寬窄、信號衰減大、多徑干擾嚴(yán)重等特性,使得水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計更加困難。本文首先研究了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點,然后依據(jù)水聲信道的各種特性,在網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2中添加了水聲仿真平臺。根據(jù)現(xiàn)有的競爭型MAC協(xié)議,編寫了純ALOHA、時隙ALOHA、非堅持CSMA和1-堅持CSMA等協(xié)議代碼,比較了它們和IEEE 802.11在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的平均傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和平均到達(dá)率等性能。結(jié)果表明競爭型MAC協(xié)議為了減少數(shù)據(jù)碰撞概率而采用的握手機(jī)制、物理載波偵聽、虛擬載波偵聽及數(shù)據(jù)發(fā)送時隙化等措施在路徑傳播時延較大的水下環(huán)境中性能較差,并且節(jié)點需要一直處于偵聽狀態(tài),消耗能量較多,這對于能源受限的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)并不適合。由于為水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的MAC協(xié)議首要考慮的是節(jié)省能耗,本文接著研究了帶有睡眠機(jī)制的S-MAC協(xié)議,并將其添加到水下環(huán)境中。分析了其在水下環(huán)境中存在的調(diào)度不同步和能量浪費等問題,并從節(jié)能方面出發(fā),改進(jìn)了廣播調(diào)度接收機(jī)制,增加了睡眠,提出了更加節(jié)能的E-MAC協(xié)議。通過相同的仿真場景,對E-MAC與S-MAC進(jìn)行仿真對比實驗,比較了它們的網(wǎng)絡(luò)生存時間、接收一定數(shù)目數(shù)據(jù)包的能量消耗以及數(shù)據(jù)包到達(dá)率。結(jié)果表明E-MAC協(xié)議發(fā)送單個數(shù)據(jù)包的能耗更少、網(wǎng)絡(luò)生存時間更長且數(shù)據(jù)包到達(dá)率更高。
【關(guān)鍵詞】：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò) 競爭型MAC協(xié)議 S-MAC
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(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
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 水聲網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 水聲網(wǎng)絡(luò)的研究方向14-15
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容及安排15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第2章 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)概述17-33
• 2.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點17-18
• 2.2 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治黾霸O(shè)計18-21
• 2.3 基于NS2的水聲仿真平臺搭建21-29
• 2.3.1 傳播模塊22-27
• 2.3.2 信道模塊27-28
• 2.3.3 物理層模塊28-29
• 2.4 仿真平臺的驗證29-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議33-53
• 3.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議概述33
• 3.2 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議面臨的挑戰(zhàn)33-35
• 3.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的分類35-38
• 3.3.1 固定分配類MAC協(xié)議35-36
• 3.3.2 隨機(jī)接入類MAC協(xié)議36-37
• 3.3.3 針對水聲網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議37-38
• 3.4 競爭型MAC協(xié)議的代碼添加38-41
• 3.5 基于競爭型MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)仿真41-52
• 3.5.1 競爭型MAC協(xié)議的單跳網(wǎng)絡(luò)仿真41-49
• 3.5.2 競爭型MAC協(xié)議的多跳網(wǎng)絡(luò)仿真49-52
• 3.5.3 競爭型MAC協(xié)議的仿真實驗總結(jié)52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第4章 帶有睡眠機(jī)制的S-MAC協(xié)議53-62
• 4.1 S-MAC協(xié)議的基本原理53-54
• 4.2 S-MAC采用的主要機(jī)制54-56
• 4.2.1 周期性偵聽/睡眠54-55
• 4.2.2 串音避免與沖突減少55
• 4.2.3 長消息傳遞55-56
• 4.2.4 自適應(yīng)偵聽56
• 4.3 S-MAC協(xié)議的發(fā)展現(xiàn)狀56-59
• 4.4 S-MAC用于水聲網(wǎng)絡(luò)時的問題59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 E-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)仿真及性能分析62-74
• 5.1 NS網(wǎng)絡(luò)模擬的基本過程62-63
• 5.2 NS2的能耗模型63-64
• 5.3 水聲網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議的改進(jìn)64-67
• 5.4 E-MAC協(xié)議的理論分析67-69
• 5.5 E-MAC協(xié)議的性能仿真69-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-81
• 研究生履歷81

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