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水声传感器网络MAC协议研究

作　者: 尹成
导　师: 郭忠文
学　校: 中国海洋大学
专　业: 计算机技术
关键词: 传感器网络水声通信 MAC协议效率
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 238次
引　用: 1次
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内容摘要

水声传感器网络是一门新兴的网络技术,它在海洋数据收集、污染监测、灾难预警、海上探测、援助导航以及战略监测等方面有着广泛的应用。装备了传感器的无人水下仪器,如UUV、AUV,在海洋资源开发和海洋数据收集等协作监视任务中得到应用。水声通信网络技术是实施这些应用的关键技术。水声传感器网络是由许多传感器和设备组成的,它们被部署在特定的区域执行合作监视任务。传感器节点一旦被部署,往往就是几个月,甚至是一年,由于传感器节点是靠电池供电的,所以电池的能量很大程度上限制了水下传感器网络的使用寿命。另外,水下信道的窄带宽、多途现象和高传输延迟也降低了水声传感器网络的效率。因此如何设计一个水声通信网络结构,使其在最大限度上的提高网络的吞吐量和可靠性,又能降低能量消耗和传播延迟,对水声传感器网络来说是至关重要的任务。由于水声传感器网络的特殊组网形势,所以它的MAC层协议的设计目标也不同于传统的陆地无线传感器网络。在水声网络中,首先要考虑的问题是节约能源,其次是可扩展性,而在陆地无线传感器网络中比较重要的属性包括吞吐量、延迟以及公平性等在水声传感器网络中却是次要的。本文我们主要进行了MAC层协议的研究,讨论了水下传感器网络的特性,以及水声信道的特殊性对MAC协议设计的影响;对现有的水下MAC协议进行了简单的描述,并对其中的一些协议进行仿真试验,根据试验结果我们提出并仿真试验了一种新的适合于水声传感器网络的混合的MAC协议,并验证了该协议的有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-14
  1.1 引言  11
  1.2 水下传感器网络的应用  11-12
  1.3 水下传感器网络的特点  12-13
  1.4 论文主要研究内容  13-14
2 水声通信  14-21
  2.1 水声通信的特点  14-15
  2.2 影响水声通信的因素  15-17
    2.2.1 环境噪声  15
    2.2.2 传输损耗  15-16
    2.2.3 浅海水声信道的多径传输  16
    2.2.4 多普勒频移  16-17
  2.3 水声信道与无线电信道的比较  17
  2.4 水下传感器网络的体系结构  17-20
    2.4.1 水下传感器节点结构  18-19
    2.4.2 水下传感器网络拓扑  19-20
  2.5 本章小结  20-21
3 MAC 协议  21-30
  3.1 媒体访问控制层(MEDIUM ACCESS CONTROL，MAC)协议  21-22
  3.2 MAC 层需要解决的主要问题  22-24
    3.2.1 能量有限问题  22
    3.2.2 隐藏终端和暴露终端问题  22-24
  3.3 高效MAC 协议的设计目标  24
  3.4 协议中的能源有效性分析  24-25
  3.5 无线传感器网络MAC 协议的分类  25-29
    3.5.1 固定分配类  25-27
    3.5.2 随机竞争类  27-28
    3.5.3 混合类  28-29
  3.6 本章小结  29-30
4 MAC 协议比较  30-39
  4.1 基于固定访问的MAC 协议  30
  4.2 基于睡眠机制的MAC 协议  30-33
    4.2.1 S-MAC 协议  30-31
    4.2.2 T-MAC 协议  31-32
    4.2.3 X-MAC 协议  32-33
  4.3 基于RTS/CTS 握手的MAC 协议  33-35
    4.3.1 CSMA/CA  33-34
    4.3.2 PCAP  34
    4.3.3 Slotted FAMA  34-35
  4.4 基于ALOHA 的MAC 协议  35-37
    4.4.1 纯Aloha  35-36
    4.4.2 Aloha-HD 和Aloha-CS  36
    4.4.3 Aloha-CA 和Aloha-AN  36-37
  4.5 基于CDMA 的MAC 协议  37-38
  4.6 本章小结  38-39
5 混合MAC 协议  39-46
  5.1 SLOTTED FAMA、ALOHA-CS 和TDMA 协议描述  39
  5.2 MAC 帧格式定义  39-40
    5.2.1 控制帧  39-40
    5.2.2 数据帧  40
  5.3 SLOTTED FAMA、ALOHA-CS 和TDMA 协议性能  40-43
  5.4 一种混合的MAC 协议  43-45
    5.4.1 协议描述  43-44
    5.4.2 协议仿真  44-45
  5.5 本章小结  45-46
6 总结与展望  46-47
参考资料  47-50
致谢  50-51
个人简历  51
发表的学术论文  51

水声传感器网络MAC协议研究

内容摘要

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