長時延網(wǎng)絡(luò)的同步及MAC協(xié)議研究.pdf

1、隨著人類文明的不斷發(fā)展,陸地資源的局限性已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)。世界上的許多強(qiáng)國都開始將戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)向海洋勘測開發(fā)和深空探測等領(lǐng)域,但是這兩個區(qū)域的無線通信環(huán)境與陸地都有一定的區(qū)別。它們的一個共同點就是具有較大的傳播時延,常規(guī)的無線通信算法大多無法直接應(yīng)用于長時延通信的場景。本文主要以水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)為例對長時延網(wǎng)絡(luò)的時間同步和同步MAC協(xié)議進(jìn)行分析與研究。
　　首先,本文提出了一種基于偵聽的改進(jìn)型多跳水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步算法IMSUAN,并

2、對該算法偵聽的有效性進(jìn)行了數(shù)學(xué)證明。IMSUAN算法改進(jìn)主要有三處,分別是時間同步樹的建立機(jī)制、時間戳數(shù)據(jù)包的監(jiān)聽機(jī)制以及監(jiān)聽數(shù)據(jù)包的過濾機(jī)制。我們在OPNET仿真平臺上對IMSUAN算法進(jìn)行了仿真實現(xiàn),得到了算法的時間同步精度、穩(wěn)定性及同步開銷的仿真結(jié)果。結(jié)果顯示,IMSUAN同步算法的同步精度比改進(jìn)前的MSUAN算法有約40％的提升。
　　其次,本文基于IMSUAN算法的時間同步精度與開銷,同時考慮了水下網(wǎng)絡(luò)的傳播時延抖動,對

3、水下傳感器網(wǎng)絡(luò) TDMA協(xié)議的保護(hù)時間間隔進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模及分析。然后,在此數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種靜態(tài)的基于時空特性的TDMA協(xié)議,進(jìn)而加入動態(tài)的接入機(jī)制,形成一種基于時空特性的動態(tài)TDMA接入?yún)f(xié)議。我們在OPNET仿真平臺上對這兩種TDMA協(xié)議與傳統(tǒng)的TDMA協(xié)議以及不需要網(wǎng)絡(luò)同步的異步握手MACAU協(xié)議進(jìn)行了仿真對比分析,結(jié)果表明該動態(tài)的TDMA協(xié)議在不同數(shù)據(jù)源負(fù)載情況下具有更大的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和更小的端到端時延。
　　最后,

4、本文將單跳的TDMA協(xié)議推廣到多跳的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中,由IMSUAN算法的同步精度及開銷分析結(jié)果,對多跳TDMA協(xié)議的保護(hù)時間間隔進(jìn)行了計算分析,并設(shè)計了一種多跳的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)TDMA協(xié)議。然后,在此協(xié)議中加入了一種依據(jù)節(jié)點流量的動態(tài)時隙分配機(jī)制,提出一種動態(tài)多跳TDMA協(xié)議。我們在OPNET仿真平臺中對動態(tài)多跳TDMA協(xié)議、靜態(tài)多跳TDMA協(xié)議以及異步握手的MACAU協(xié)議進(jìn)行了仿真對比,分析了在不同的數(shù)據(jù)源類型時三種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能。