本文關(guān)鍵詞：水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制技術(shù)

  更多相關(guān)文章： 水聲傳感網(wǎng)絡(luò) 媒體接入控制 長傳播時延 匯聚型水聲MAC協(xié)議 混合預約MAC協(xié)議 時隙調(diào)度

【摘要】：水聲傳感網(wǎng)絡(luò)(Underwater Acoustic Sensor Network, UWASN)是當前海洋開發(fā)與通信領(lǐng)域的研究熱點,組網(wǎng)技術(shù)是水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的重要研究方向之一。水聲傳感網(wǎng)絡(luò)采用聲信號為傳播媒介,由于水聲信道的帶寬有限、傳播時延長、信道變化快、多徑擴展嚴重、噪聲復雜等因素,使水聲通信時存在高誤碼率與不可靠性,從而使人們在開發(fā)與設(shè)計水聲傳感網(wǎng)絡(luò)時面臨各種挑戰(zhàn)。如何克服這些不利因素的影響,設(shè)計合理有效的水聲傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)與方法,對人類合理開發(fā)利用海洋資源、保護國家海洋安全,具有十分重要的意義。世界各國對水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的研究工作尚處于起步階段,研究水聲傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù),對設(shè)計與部署水聲傳感網(wǎng)絡(luò)非常重要。論文以水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制(Media Access Control, MAC)技術(shù)展開研究工作,分別從水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的特點與MAC協(xié)議設(shè)計的具體要求,針對水聲傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸漏斗效應(yīng)、水聲通信調(diào)制解調(diào)器長前導碼與分布式測流應(yīng)用特定需求等問題,分別提出了相應(yīng)的MAC協(xié)議,并進行了性能分析與仿真驗證,得到了一些有意義的研究成果。論文主要研究成果如下：(1)針對以匯聚節(jié)點為中心水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的漏斗效應(yīng)瓶頸位置的高數(shù)據(jù)沖突問題,提出了基于競爭的匯聚型水聲MAC (Funneling MAC for UWASN, FMACU)協(xié)議。針對瓶頸位置中匯聚節(jié)點收到多個鄰居節(jié)點預約信道的情況,FMACU協(xié)議使匯聚節(jié)點合理安排多個鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送順序,實現(xiàn)在一次交互過程中接收多個鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù),降低網(wǎng)絡(luò)瓶頸位置的信道預約開銷,提高數(shù)據(jù)傳輸效率。仿真結(jié)果表明,FMACU協(xié)議可提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,降低丟包率、控制包開銷和傳輸延時。(2)針對以匯聚節(jié)點為中心水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)密集區(qū)域的高數(shù)據(jù)沖突問題,采用碼分復用(Code Division Multiple Access, CDMA)技術(shù),提出了基于路徑擴頻的混合MAC (Path-Oriented Code Assignment CDMA-based MAC,POCA-CDMA-MAC)協(xié)議。在POCA-CDMA-MAC協(xié)議中,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)密集區(qū)域節(jié)點建立傳輸路徑,各路徑中的節(jié)點按先后順序與逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式將數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點,匯聚節(jié)點為每條路徑分配正交擴頻碼避免路徑之間的數(shù)據(jù)沖突。該協(xié)議多條路徑逐跳數(shù)據(jù)發(fā)送方式和不同路徑正交數(shù)據(jù)傳輸特點,避免了數(shù)據(jù)的沖突,提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。性能分析和仿真表明,POCA-CDMA-MAC協(xié)議可提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,降低傳輸延時。(3)考慮水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制解調(diào)器長前導碼與水聲信道長傳播時延等特點,提出了基于預約的混合(Hybrid Reservation-based MAC, HRMAC)協(xié)議。在HRMAC協(xié)議中,多個發(fā)送節(jié)點通過控制包預約信道后,按一定順序以循環(huán)接龍的方式發(fā)送數(shù)據(jù),降低了預約開銷,從而提升了網(wǎng)絡(luò)性能。理論分析與仿真結(jié)果表明,HRMAC協(xié)議降低了協(xié)議開銷、丟包率和能量消耗,提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。(4)針對鄰居節(jié)點間交換數(shù)據(jù)的需求與水聲信道長傳播時延的特性,提出了基于雙向傳輸?shù)臅r分復用多址接入(Time Division Multiple Access, TDMA)協(xié)議,即雙向TDMA協(xié)議,分析了協(xié)議性能,并給出了協(xié)議的適用條件。雙向TDMA協(xié)議在同一時隙內(nèi)收發(fā)節(jié)點完成數(shù)據(jù)交換,從而提高了信道利用率。針對基于水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的分布式流場測量的應(yīng)用場景,將測量過程分成節(jié)點測量信號廣播、鄰居節(jié)點間信息交換與測量數(shù)據(jù)收集三個階段,并根據(jù)不同階段數(shù)據(jù)收發(fā)時延與傳輸效率等要求,提出了面向節(jié)點測量信號廣播的時隙調(diào)度方法、面向節(jié)點間信息交換的時隙調(diào)度方法與測量數(shù)據(jù)收集的徽時隙分配算法,并進行性能仿真驗證。仿真結(jié)果表明,所提出的時隙調(diào)度方法,有效縮短了完成一次測量所需的時間。
【關(guān)鍵詞】：水聲傳感網(wǎng)絡(luò) 媒體接入控制 長傳播時延 匯聚型水聲MAC協(xié)議 混合預約MAC協(xié)議 時隙調(diào)度
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.3;TP212.9
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 縮寫說明16-18
• 第1章 緒論18-41
• 1.1 課題背景及意義18-19
• 1.2 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和特點19-26
• 1.2.1 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程19-20
• 1.2.2 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)特點20-22
• 1.2.3 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)22
• 1.2.4 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)22-24
• 1.2.5 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)相關(guān)技術(shù)24-26
• 1.3 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究現(xiàn)狀26-36
• 1.3.1 非競爭MAC協(xié)議27-28
• 1.3.2 競爭MAC協(xié)議28-34
• 1.3.3 混合性MAC協(xié)議34
• 1.3.4 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的主要問題34-36
• 1.4 論文工作與貢獻36-39
• 1.4.1 研究內(nèi)容36-37
• 1.4.2 研究成果37-39
• 1.5 論文篇章結(jié)構(gòu)39-41
• 第2章 基于漏斗效應(yīng)的水聲傳感網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議41-71
• 2.1 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議中的漏斗效應(yīng)41-46
• 2.2 漏斗效應(yīng)對現(xiàn)有MAC協(xié)議的性能影響46-50
• 2.2.1 基于RTS/CTS機制的MAC協(xié)議46-48
• 2.2.2 基于載波偵聽的MAC協(xié)議48-50
• 2.3 針對漏斗效應(yīng)瓶頸位置的MAC協(xié)議50-55
• 2.3.1 改進三次握手交互過程50-52
• 2.3.2 多個發(fā)送節(jié)點的時隙分配方法和沖突解決方法52-53
• 2.3.3 協(xié)議的公平性53
• 2.3.4 FMACU協(xié)議節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖53-55
• 2.4 針對漏斗效應(yīng)數(shù)據(jù)密集區(qū)域的MAC協(xié)議55-62
• 2.4.1 協(xié)議基本原理56-57
• 2.4.2 基于路徑的擴頻碼分配57-59
• 2.4.3 首節(jié)點的發(fā)送時間確定59
• 2.4.4 性能分析59-62
• 2.5 仿真結(jié)果與分析62-69
• 2.6 本章小結(jié)69-71
• 第3章 基于輪詢調(diào)度與預約的混合MAC協(xié)議71-93
• 3.1 水聲傳感網(wǎng)絡(luò)中長傳播時延和長前導碼問題71-73
• 3.2 基于輪詢調(diào)度與預約的混合MAC協(xié)議73-77
• 3.2.1 NOTICE的沖突解決機制74-75
• 3.2.2 數(shù)據(jù)包發(fā)送過程75-77
• 3.3 HRMAC協(xié)議性能分析77-84
• 3.4 仿真結(jié)果與分析84-90
• 3.5 協(xié)議評價90-92
• 3.6 本章小結(jié)92-93
• 第4章 面向分布式測流的水聲傳感網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制技術(shù)93-120
• 4.1 系統(tǒng)模型和問題描述93-98
• 4.2 雙向TDMA協(xié)議98-102
• 4.2.1 雙向TDMA協(xié)議原理98-99
• 4.2.2 雙向TDMA協(xié)議性能分析99-100
• 4.2.3 雙向TDMA協(xié)議仿真100-102
• 4.3 面向節(jié)點數(shù)據(jù)廣播的MAC協(xié)議102-109
• 4.3.1 面向節(jié)點數(shù)據(jù)廣播的時隙分配方法103-106
• 4.3.2 時隙間隔優(yōu)化調(diào)度實例106-107
• 4.3.3 時隙間隔優(yōu)化調(diào)度結(jié)果107-109
• 4.4 面向鄰居節(jié)點間信息交換的MAC協(xié)議109-114
• 4.4.1 面向鄰居節(jié)點間信息交換的雙向邊調(diào)度時隙分配方法109-110
• 4.4.2 性能仿真結(jié)果與分析110-114
• 4.5 面向測量數(shù)據(jù)收集的MAC協(xié)議114-117
• 4.5.1 面向測量數(shù)據(jù)收集的微時隙調(diào)度方法115-116
• 4.5.2 性能仿真分析116-117
• 4.6 分布式測流三個階段MAC協(xié)議性能仿真117-119
• 4.7 本章小結(jié)119-120
• 第5章 總結(jié)與展望120-123
• 5.1 工作總結(jié)120-121
• 5.2 工作展望121-123
• 參考文獻123-134
• 個人簡歷及攻讀博士期間的主要研究成果134-135

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊凌;朱明虎;;以數(shù)據(jù)為中心的無線傳感網(wǎng)絡(luò)分析[J];信息通信;2013年10期

2 楊軍,苑立波;白光干涉雙環(huán)傳感網(wǎng)絡(luò)理論與實驗研究[J];光學學報;2005年06期

3 熊黎;無線傳感網(wǎng)絡(luò)中高能效的信息傳播協(xié)議研究[J];武漢理工大學學報(信息與管理工程版);2005年05期

4 牟連佳,牟連泳;無線傳感網(wǎng)絡(luò)及其在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用研究[J];工業(yè)控制計算機;2005年01期

5 魏雪云;廖惜春;;智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究[J];制造業(yè)自動化;2007年04期

6 屠燕春;郭愛煌;;基于協(xié)同分集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由與信道分析[J];計算機工程與設(shè)計;2007年21期

7 王雪;馬俊杰;王晟;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)中覆蓋能效動態(tài)控制優(yōu)化策略[J];控制理論與應(yīng)用;2007年06期

8 夏德海;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)的應(yīng)用前景[J];石油化工自動化;2008年04期

9 李艷波;于德海;楊俊成;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分析與運用研究[J];計算機與信息技術(shù);2008年11期

10 肖同松;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜述[J];中國科技信息;2008年23期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄒成武;黃偉;;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的設(shè)計及應(yīng)用[A];全國先進制造技術(shù)高層論壇暨第十屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)研討會論文集[C];2011年

2 石榮;高培德;鄭春雷;封松林;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究進展[A];第二屆長三角地區(qū)傳感技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2006年

3 陳濤;劉景泰;邴志剛;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究與運用綜述[A];天津市自動化學會第十四屆學術(shù)年會論文集[C];2005年

4 葉偉松;袁慎芳;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)研究[A];江蘇省計量測試學會2005年論文集[C];2005年

5 魏雪云;鄭威;王鵬波;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)時空融合(英文)[A];第九屆全國信息獲取與處理學術(shù)會議論文集Ⅱ[C];2011年

6 張雷;徐大可;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)在預裝式智能變電站中的應(yīng)用設(shè)計[A];第二十屆華東六省一市電機工程（電力）學會輸配電技術(shù)討論會論文集[C];2012年

7 鐘文強;熊慶宇;黃河;王小剛;;一種基于非均勻部署的無線傳感網(wǎng)絡(luò)能耗均衡算法[A];2010中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2010年

8 張文龍;劉艷華;郭慶;;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的山體滑坡預警系統(tǒng)[A];2010中國儀器儀表學術(shù)、產(chǎn)業(yè)大會（論文集1）[C];2010年

9 鄭毅敏;賈京;趙昕;;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的施工階段遠程監(jiān)測研究[A];建筑結(jié)構(gòu)（2009·增刊）——第二屆全國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會論文集[C];2009年

10 李浩;李非;;新型無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計[A];天津市電視技術(shù)研究會2012年年會論文集[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者　姜澎;上海啟動信息領(lǐng)域973項目[N];文匯報;2006年

2 艾琪;小小實驗室開辟無線傳感大市場[N];科技日報;2007年

3 本報記者 許琦敏;小小實驗室闖出無線傳感大市場[N];文匯報;2007年

4 王琦;RFID在制造和物流領(lǐng)域中快速發(fā)展[N];現(xiàn)代物流報;2007年

5 羅萬明;IPv6尚缺“殺手級”應(yīng)用[N];計算機世界;2007年

6 本報記者 祝蕾　見習記者 李小夢;陳冬巖：默默耕耘無線傳感市場[N];濟南日報;2010年

7 許琦敏;我國無線傳感技術(shù)完整價值鏈已初步形成[N];中華建筑報;2006年

8 本報記者 孟慶豐 特約記者 董競敏;建無線傳感網(wǎng)絡(luò)在線實時監(jiān)測溢油[N];中國交通報;2010年

9 羅清岳;從WSN應(yīng)用看WSN技術(shù)[N];電子資訊時報;2007年

10 宗合;信息技術(shù)催生“智慧農(nóng)業(yè)”[N];中華合作時報;2012年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 范光宇;水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制技術(shù)[D];浙江大學;2015年

2 張文哲;面向區(qū)域監(jiān)控的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[D];上海交通大學;2007年

3 吳鍵;面向結(jié)構(gòu)監(jiān)測的智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學;2010年

4 巫婕妤;制造車間無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計及路由與定位算法研究[D];華中科技大學;2014年

5 石軍鋒;無線傳感網(wǎng)絡(luò)動態(tài)休眠通信協(xié)議研究[D];重慶大學;2008年

6 韓悅文;面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大容量光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的研究[D];武漢理工大學;2012年

7 滕國棟;無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位算法的研究[D];浙江大學;2010年

8 王剛;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)配置問題研究[D];中國科學技術(shù)大學;2010年

9 陳健;水下傳感網(wǎng)絡(luò)的能量優(yōu)化組網(wǎng)技術(shù)研究[D];武漢大學;2013年

10 徐學永;面向應(yīng)用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位問題研究[D];中國科學技術(shù)大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 明學超;無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位方法的研究[D];天津理工大學;2015年

2 任立彬;無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位算法的設(shè)計與實現(xiàn)[D];燕山大學;2015年

3 李玲燕;無線傳感網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點設(shè)計與節(jié)點部署研究[D];西安建筑科技大學;2015年

4 高翔;基于ZigBee的農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)與土壤濕度模型的研究[D];復旦大學;2014年

5 韓穎;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D];山東建筑大學;2015年

6 周思浩;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的停車場內(nèi)智能引導系統(tǒng)[D];長安大學;2015年

7 程飛;可重構(gòu)低壓電力線載波傳感網(wǎng)絡(luò)研究與實現(xiàn)[D];長安大學;2015年

8 董興;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D];長安大學;2015年

9 蒲仁波;基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的地下金屬物體的探測與定位技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學;2015年

10 魏靜如;無線傳感器部署算法及自然交互部署平臺的研究與實現(xiàn)[D];山東大學;2015年

，

本文編號：781635