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基于时分的水声传感器网络MAC协议的研究

作 者: 吴云
导 师: 韦岗;熊尚坤
学 校: 华南理工大学
专 业: 电子与通信工程
关键词: 水声传感器网络 TDMA MAC协议 NS2
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 13次
引 用: 0次
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内容摘要


随着水声通信技术研究深入,水声传感器网络在海洋环境监测、矿物资源开发、辅助导航、自然灾情预防、战略指挥等方面都有了广泛的应用。相比成熟的陆地无线通信,水声传感器网络存在可用带宽窄、传播时延长、信号衰减大等特点。因此,陆地无线通信MAC协议不能直接适用于水声通信,需专门研究适用于水声网络的专属MAC协议。通过参考大量国内外文献,本论文认为水声网络中主要需要解决几个问题:延时、能耗、公平性及可扩展性。传统的基于多次握手机制的MAC协议只会进一步加大水声通信延时,降低网络的吞吐量;而无序发送引发的数据包频率碰撞,严重浪费了节点的能量;延时导致的公平性失衡等现象也严重影响着网络的整体性能;新节点的加入或者旧节点的失效需要网络具备良好的可扩展性。针对多到一的监测型水声传感器网络,本论文结合水声信道的特点设计了一种基于TDMA的水声传感器网络MAC协议(UN-TD)。其基本设计思想是:汇聚节点基于动态感知到的监测节点到它的时延信息,集中调度各个监测节点的数据发送时隙、侦听时隙以及睡眠时隙,从而实现在无数据碰撞前提下,最大化网络整体吞吐量和能量利用效率。在NS2平台下,基于吞吐量、能量效率、平均时延、公平性这四个网络性能指标,本文将UN-TD与ALOHA协议、DACAP协议进行了仿真对比。仿真结果表明:在牺牲一定时延性能的代价下,UN-TD能够最大化水声信道的利用效率以及能量利用效率,适用于对时延不敏感的多至一的监测型的单跳水声传感器网络。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 水声传感器网络现状  10-18
    1.2.1 水声传感器网络的特点  11-13
    1.2.2 水声传感器网络技术现状  13-16
    1.2.3 水声传感器网络技术应用现状  16-17
    1.2.4 水声传感器网络技术的研究重点  17-18
  1.3 论文的研究内容  18-20
第二章 水声传感器网络MAC协议  20-33
  2.1 媒体接入控制综述  20-25
    2.1.1 媒体接入控制  20-21
    2.1.2 陆地MAC协议分类  21-24
    2.1.3 MAC层协议的性能指标分析  24-25
  2.2 水声传感器网络MAC协议设计  25-28
    2.2.1 水声传感器网络MAC协议设计面临的困难  26-28
    2.2.2 水声传感器网络MAC协议的设计目标  28
  2.3 现有水声传感器网络MAC协议的分类  28-31
    2.3.1 基于延时问题的水声传感器网络 MAC 协议  29
    2.3.2 基于能耗问题的水声传感器网络 MAC 协议  29-30
    2.3.3 基于 TDMA 的水声传感器网络 MAC 协议  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章 基于时分的水声传感器网络MAC协议设计  33-50
  3.1 基于时分的水声传感器网络MAC协议场景设计分析  33-35
  3.2 基于时分的水声传感器网络MAC协议设计原理  35-45
    3.2.1 超帧结构设计  36-42
    3.2.2 数据包格式设计  42-43
    3.2.3 信令交互  43-45
    3.2.4 网络时延与同步  45
  3.3 基于时分的水声传感器网络MAC协议设计特点  45-48
    3.3.1 节约能耗的特点  45-47
    3.3.2 时延感知与处理的特点  47
    3.3.3 可拓展性的特点  47-48
  3.4 本章小结  48-50
第四章 基于时分的水声MAC协议的仿真与设计  50-64
  4.1 NS2 网络仿真平台简介  50-52
    4.1.1 NS2 的层次结构  50-51
    4.1.2 NS2 的仿真过程  51-52
  4.2 MAC协议仿真的环境设置  52-54
    4.2.1 水声通信模型设置  52-54
    4.2.2 协议仿真场景与参数设置  54
  4.3 协议仿真与性能对比分析  54-62
    4.3.1 协议仿真的目标性能  55-58
    4.3.2 性能对比分析  58-62
  4.4 本章小结  62-64
总结与展望  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间取得的研究成果  69-70
致谢  70-71
附件  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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