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一种水声通信网络协议的跨层设计与实现

作　者: 陈达伟
导　师: 许肖梅
学　校: 厦门大学
专　业: 海洋物理
关键词: 水声通信网络 MACA-U协议 LabVIEW虚拟仪器
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 200次
引　用: 2次
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内容摘要

水声通信技术是当代海洋资源开发和国家安全保障的重要组成部分,也是我国海洋高新技术产业中急待研究开发的关键技术之一。随着现代海洋资源开发的深入和国家海洋安全意识的增强,水声通信技术以及在此基础上构建的水声通信网络技术的研究和应用越来越受到人们的重视。但是,水声信道是一个十分复杂的时-空-频变随机多径信道,存在着噪声高、带宽窄、传播速率低、起伏和传输时延大等诸多不利因素,特别是由于水下特殊环境条件带来的水声通信网络拓扑结构不稳定、节点能量受限等特点,要构建一套稳健、高效的水声通信网络极为困难。在水声通信网络的设计构建中,除了可靠、稳健的点对点物理通信为基础外,还需要一套行之有效的网络协议,它与网络内的多址接入方式、拓扑结构、路由方式等密切相关。本论文选题正是在这样的研究背景下,结合国家863专项课题“分布式海洋水声通信技术研究”而提出的。论文查阅了国内外大量水声通信及水声通信网络相关文献资料,分析了浅海水声信道的物理特性和水声通信网的诸多特点,针对水声通信网络数据链路层中最为关键的技术——媒体接入控制MAC(Media Access Control)协议,设计了一套新型水声通信网工作协议MACA-U(Multiple Access Collision Avoidance forUnderwater Wireless,水下多址接入避碰协议),使用OPNET进行网络仿真并与现有水声通信网络仿真实验结果进行比较,从理论上分析了该协议的可行性和有效性。论文采用LabVIEW8.2虚拟仪器软件对MACA-U协议进行软件实现,并与另一组设计的物理层模块配合,构建了一套包含四个网络节点在内的小型水声通信网络UAMS(Underwater Acoustic Multi-nodes communication System)并进行了联网实验。通过多次实验室水池实验,验证了论文所提出的MACA-U协议在多跳式和集中式两种不同网络拓扑结构下的工作性能。实验结果表明,论文所提出的MACA-U协议能有效、可靠工作,系统易于扩展,具有一定的抗干扰能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-25
  1.1 引言  11-12
  1.2 水声通信网络的特点  12-16
    1.2.1 影响水声通信网络的几个不利因素  12-15
    1.2.2 水声通信网络的研究重点  15-16
  1.3 国内外水声通信网发展现状  16-23
  1.4 论文研究的主要内容  23-25
第二章水声通信网络的分层结构和拓扑结构  25-39
  2.1 水声通信网的分层结构  26-29
  2.2 网络的拓扑结构  29-34
    2.2.1 网络拓扑结构的意义  29
    2.2.2 网络拓扑结构的分类  29-34
  2.3 Ad Hoc网络  34-37
    2.3.1 Ad Hoc网络综述  34-35
    2.3.2 Ad Hoc网络的特点  35-36
    2.3.3 Ad Hoc网络中的路由协议  36
    2.3.4 Ad Hoc网络与水声通信网的关系  36-37
  2.4 本章小结  37-39
第三章水声通信网络中数据链路层协议研究  39-58
  3.1 数据链路层综述  39-41
  3.2 数据链路层的帧结构  41-44
    3.2.1 数据链路层的成帧方式  42
    3.2.2 数据链路层的帧结构  42-44
  3.3 媒体接入控制协议  44-51
    3.3.1 媒体接入控制协议综述  44-47
    3.3.2 几种介质访问协议的分析比较  47-51
  3.4 差错控制与流量控制技术  51-56
    3.4.1 前向纠错技术  51-52
    3.4.2 自动重传请求ARQ协议  52-56
  3.5 网络时延的组成  56-57
  3.6 本章小结  57-58
第四章水声通信网络协议的跨层设计  58-68
  4.1 跨层网络设计  58-59
  4.2 水声通信网络拓扑结构设计  59-61
  4.3 数据链路层协议  61-64
    4.3.1 成帧方式  61-63
    4.3.2 MAC层协议  63-64
    4.3.3 差错与流量控制协议  64
    4.3.4 路由方式  64
  4.4 收发双方通信流程  64-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章 MACA-U协议的软件实现  68-86
  5.1 LabVIEW简介  68-70
  5.2 UAMS主界面设计  70-74
  5.3 程序框图  74-78
  5.4 UAMS实验情况展示  78-85
    5.4.1 硬件配置  78-80
    5.4.2 实验情况展示  80-85
  5.5 本章小结  85-86
第六章总结和展望  86-87
  6.1 论文工作总结  86
  6.2 工作展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91

一种水声通信网络协议的跨层设计与实现

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