水聲Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)ARQ及MAC的技術(shù)研究.pdf

1、水聲AdHoc網(wǎng)絡(luò)是由沒有任何固定基礎(chǔ)設(shè)施的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的自主式網(wǎng)絡(luò)，能夠快速地部署和靈活地組網(wǎng)，將在民用和軍事方面發(fā)揮越來越重要的作用。因此，水聲AdHoc網(wǎng)絡(luò)近幾年受到人們極大的關(guān)注。但是，由于水聲信道的特點(diǎn)，例如隨機(jī)時(shí)一空變化、傳播時(shí)延長和多徑相干等，限制了水聲AdHoc網(wǎng)絡(luò)的性能。自主重傳請(qǐng)求(ARQ)技術(shù)，尤其是媒質(zhì)接入控制(MAC)技術(shù)，對(duì)水聲AdHoc網(wǎng)絡(luò)的性能起著至關(guān)重要的作用，因此成為當(dāng)前水聲界研究的熱點(diǎn)問題。本文中，

2、我們針對(duì)水聲AdHoc網(wǎng)絡(luò)的兩大關(guān)鍵技術(shù)，即ARQ和MAC技術(shù)，分別進(jìn)行了深入的研究，并作出了如下的工作: ●由于水聲信道的半雙工特性，停等(stop-and-wait，SW)ARQ成為水聲通信系統(tǒng)中唯一有效的差錯(cuò)控制技術(shù);另一方面，水聲信道的誤碼率高,傳播時(shí)延長，從而使得水聲通信系統(tǒng)的性能急劇下降。如何使用連續(xù)的ARQ技術(shù)以有效地提高水聲通信系統(tǒng)的性能，已迫在眉睫。本文提出了一種有效的適合于半雙工特性的ARQ協(xié)議。首先將水聲信

3、道分成兩個(gè)子信道：一個(gè)用于前向信道(從發(fā)送方到接收方)，另一個(gè)用于反向信道(從接收方到發(fā)送方)，使用連續(xù)的ARQ技術(shù)進(jìn)行差錯(cuò)控制，使得對(duì)每個(gè)分組數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間大大縮短，從而顯著地提高了系統(tǒng)的吞吐量。 ●水聲信道的時(shí)變特性導(dǎo)致正確傳輸固定長度的一個(gè)分組的概率隨信道誤碼率的變化而變化，影響了系統(tǒng)的吞吐性能。本文依據(jù)水聲信道的時(shí)變特性，根據(jù)發(fā)送方連續(xù)收到的確認(rèn)/非確認(rèn)(ACK/NAK)消息的次數(shù)，利用離散的Markov模型，動(dòng)態(tài)地評(píng)估

4、水聲信道的變化，通過改變分組數(shù)據(jù)的長度，最大限度地提高系統(tǒng)的吞吐量，提出了一種適合水聲時(shí)變信道的自適應(yīng)ARQ協(xié)議。 ●多徑引起水聲信道的慢瑞利衰落，在接收方會(huì)造成分組數(shù)據(jù)的連續(xù)突發(fā)性錯(cuò)誤，也會(huì)大大降低水聲通信系統(tǒng)的吞吐性能。本文基于一定的多址接入?yún)f(xié)議基礎(chǔ)上，依據(jù)發(fā)送方連續(xù)收到的ACK/NAK消息的次數(shù)，正確評(píng)估水聲慢瑞利衰落信道的狀況，提出了一種變分組長度的自適應(yīng)ARQ協(xié)議，有效地提高了通信系統(tǒng)的吞吐量。 ●由于存在“隱

5、藏終端”和“暴露終端”的問題；而且，由于水聲信道的特點(diǎn)，例如有用的頻率帶寬很窄，強(qiáng)時(shí)變、多徑和長傳播時(shí)延，如何設(shè)計(jì)水聲Adhoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議，從而有效的提高水聲Adhoc網(wǎng)絡(luò)的性能，成為一項(xiàng)更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文中，我們?yōu)榇颂岢隽艘环N新的多址接入控制協(xié)議，即并行傳輸多址接入(PTMA)協(xié)議。該協(xié)議基于如下的創(chuàng)新思想：為消除沖突而進(jìn)行多信道預(yù)約，這樣能在多個(gè)信道上并行地傳輸數(shù)據(jù)；為縮短等待clear_to_send(CTS)的時(shí)間，當(dāng)

6、request_to_send(RTS)剛發(fā)送完就立即發(fā)送分組數(shù)據(jù)，而不必收到CTS后再發(fā)。這樣，PTMA協(xié)議能取得較之于適合無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的多址接入?yún)f(xié)議更高的吞吐性能和較低的端到端傳播時(shí)延。 ●從工程實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，本文提出了如何借助于OPNETModeler/Radio網(wǎng)絡(luò)仿真工具，利用有限狀態(tài)機(jī)(FiniteStateMachine，F(xiàn)SM)，通過構(gòu)建水聲AdHoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模型、節(jié)點(diǎn)模型和進(jìn)程模型，實(shí)現(xiàn)PTMA協(xié)議的