基于能量高效的水下無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議優(yōu)化.pdf

1、不同于依靠單個傳感器的水下信息獲取方式，網(wǎng)絡化的水下傳感器系統(tǒng)具有機動靈活、成本低廉、效費比高等優(yōu)點，成為了世界各國對水下信息獲取的研究熱點。水下傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議的作用是控制節(jié)點接入水聲信道，是數(shù)據(jù)在信道上發(fā)送和接收的直接控制者，為網(wǎng)絡層等提供了快速、可靠的數(shù)據(jù)收發(fā)支持。因此，MAC協(xié)議感知并適應水聲信道情況，對水下無線傳感器網(wǎng)絡的性能起著決定性的作用。而水下復雜的信道環(huán)境，如高噪聲、窄帶寬、強多途和長時延等，使得在水聲信道中許多常

2、用的MAC協(xié)議不能得到應用。所以，水下無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議，除了考慮常規(guī)的無線傳感器網(wǎng)絡的信道特征以外，還要根據(jù)水下環(huán)境的特點而設計。水聲傳感器節(jié)點部署在海底使用電池供電來工作，所以不能使用太陽能充電而且更換困難，因此在保證通信所需要的速率與誤碼率的前提下盡可能的對能量消耗進行優(yōu)化是傳感器網(wǎng)絡考慮的重要因素。
　　圍繞這個主題，本文通過對現(xiàn)有水下傳感器MAC協(xié)議性能進行研究，針對MAC層存在的能量浪費現(xiàn)象，以及水聲網(wǎng)絡中由于長

3、且變的傳播時延而難以同步的問題，提出了隨機喚醒的異步睡眠機制和獨立節(jié)點功率控制的方法，來進行能耗優(yōu)化。論文主要包括以下幾個方面的工作:
　　1.闡述無線傳感器網(wǎng)絡以及MAC層協(xié)議節(jié)能方案的國內外各高?；蚪M織的最新研究進展。
　　2.建立了水下傳感器網(wǎng)絡通信能耗模型，為MAC層協(xié)議性能分析提供條件。介紹了水聲信道的特點，設定了水聲信道傳輸模型;分析了水下傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡拓撲結構和協(xié)議分層;對傳感器節(jié)點的通信耗能建模，為本文的重

4、點——MAC層的能耗研究提供基礎。
　　3.對水下無線傳感器MAC協(xié)議的設計目標及問題進行了介紹，指出了MAC層能量消耗的原因。對現(xiàn)有的水下MAC層協(xié)議進行了詳細的研究，分析了不同類型的MAC協(xié)議的優(yōu)缺點。
　　4.使用Matlab軟件對常用的MAC協(xié)議網(wǎng)絡性能和能量消耗進行仿真分析。
　　5.根據(jù)MAC協(xié)議在水下傳感器網(wǎng)絡中的性能，基于MACA協(xié)議提出了一種基于睡眠機制和功率控制的能量優(yōu)化方案。
　　本文的創(chuàng)新