水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制協(xié)議研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Networks，UWSNs)是當(dāng)前海洋開發(fā)與通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于采用聲信號(hào)作為傳播媒介，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著低帶寬、長(zhǎng)傳播時(shí)延、高信道動(dòng)態(tài)等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)給幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)核心問題的研究和設(shè)計(jì)帶來了困難和挑戰(zhàn)。如何針對(duì)這些水下網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，構(gòu)建穩(wěn)定高效的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)海洋資源的合理開發(fā)和海洋環(huán)境的有效保護(hù)，都具有十分重要的意義。媒體接入控制(Media

2、Access Control，MAC)技術(shù)是水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題之一，設(shè)計(jì)合理高效的MAC協(xié)議對(duì)水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展尤為重要。本文以水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制協(xié)議展開研究工作，針對(duì)水聲信道的特點(diǎn)，從信道競(jìng)爭(zhēng)、時(shí)間規(guī)劃、信道預(yù)約、數(shù)據(jù)隊(duì)列及功率控制等多個(gè)角度，提出了適用于水下環(huán)境的MAC協(xié)議，并進(jìn)行了性能分析與仿真實(shí)驗(yàn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)經(jīng)典水下MAC協(xié)議slotted-FAMA中存在的多RTS嘗試問

3、題，提出了基于RTS競(jìng)爭(zhēng)的RC-SFAMA協(xié)議，通過引入RTS競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，使得競(jìng)爭(zhēng)獲勝的節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的傳輸，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。在RC-SFAMA協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了基于數(shù)據(jù)隊(duì)列的SFAMA-DT協(xié)議，通過引入握手階段的排序機(jī)制，使得多對(duì)通信節(jié)點(diǎn)能夠以數(shù)據(jù)隊(duì)列的方式在同一個(gè)握手周期內(nèi)依次完成數(shù)據(jù)傳輸并避免沖突的發(fā)生，從而進(jìn)一步減少了競(jìng)爭(zhēng)信道的開銷。⑵針對(duì)水聲信道長(zhǎng)傳播時(shí)延與時(shí)空不確定的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了基于時(shí)間規(guī)劃與數(shù)據(jù)隊(duì)列

4、的SM-TMAC-DT和MS-TMAC-DT協(xié)議，通過時(shí)間規(guī)劃合理地安排控制包和數(shù)據(jù)包的發(fā)送時(shí)機(jī)，并以數(shù)據(jù)隊(duì)列的形式完成多組數(shù)據(jù)的有效傳輸，提高了一對(duì)多與多對(duì)一網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。⑶以降低競(jìng)爭(zhēng)開銷提高水聲信道利用率為目的，提出了基于預(yù)約的數(shù)據(jù)隊(duì)列RMAC-DT協(xié)議，通過引入預(yù)約機(jī)制、RTS-CTS排序方案和循環(huán)接龍的數(shù)據(jù)隊(duì)列傳輸方式，降低了節(jié)點(diǎn)的平均預(yù)約時(shí)間，減少了節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的等待時(shí)間，有效提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。⑷針對(duì)水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信