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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
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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。
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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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