水下無線傳感器網(wǎng)絡媒體接入控制協(xié)議研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(Underwater Wireless Sensor Networks，UWSNs)是當前海洋開發(fā)與通信領(lǐng)域的研究熱點。由于采用聲信號作為傳播媒介，水下無線傳感器網(wǎng)絡有著低帶寬、長傳播時延、高信道動態(tài)等特點，這些特點給幾乎所有的網(wǎng)絡核心問題的研究和設計帶來了困難和挑戰(zhàn)。如何針對這些水下網(wǎng)絡特點，構(gòu)建穩(wěn)定高效的水下無線傳感器網(wǎng)絡，對海洋資源的合理開發(fā)和海洋環(huán)境的有效保護，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)絡的核心問題之一，設計合理高效的MAC協(xié)議對水下無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展尤為重要。本文以水下無線傳感器網(wǎng)絡的媒體接入控制協(xié)議展開研究工作，針對水聲信道的特點，從信道競爭、時間規(guī)劃、信道預約、數(shù)據(jù)隊列及功率控制等多個角度，提出了適用于水下環(huán)境的MAC協(xié)議，并進行了性能分析與仿真實驗。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對經(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競爭的RC-SFAMA協(xié)議，通過引入RTS競爭機制，使得競爭獲勝的節(jié)點可以繼續(xù)進行有效數(shù)據(jù)的傳輸，從而提高了網(wǎng)絡的吞吐量。在RC-SFAMA協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了基于數(shù)據(jù)隊列的SFAMA-DT協(xié)議，通過引入握手階段的排序機制，使得多對通信節(jié)點能夠以數(shù)據(jù)隊列的方式在同一個握手周期內(nèi)依次完成數(shù)據(jù)傳輸并避免沖突的發(fā)生，從而進一步減少了競爭信道的開銷。⑵針對水聲信道長傳播時延與時空不確定的特點，分別設計了基于時間規(guī)劃與數(shù)據(jù)隊列

4、的SM-TMAC-DT和MS-TMAC-DT協(xié)議，通過時間規(guī)劃合理地安排控制包和數(shù)據(jù)包的發(fā)送時機，并以數(shù)據(jù)隊列的形式完成多組數(shù)據(jù)的有效傳輸，提高了一對多與多對一網(wǎng)絡的信道利用率。⑶以降低競爭開銷提高水聲信道利用率為目的，提出了基于預約的數(shù)據(jù)隊列RMAC-DT協(xié)議，通過引入預約機制、RTS-CTS排序方案和循環(huán)接龍的數(shù)據(jù)隊列傳輸方式，降低了節(jié)點的平均預約時間，減少了節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的等待時間，有效提高了網(wǎng)絡吞吐量。⑷針對水下無線傳感器網(wǎng)絡通信