水下无线传感器网络的数据汇聚MAC协议研究

发布时间：2023-05-07 13:07

　　水下无线传感器网络的发展具有非常广阔的应用前景,当前世界各国越来越重视水下网络的相关研究。但由于水声信道长延迟、能量衰减大的特性导致陆上成熟的网络协议不能直接应用于水下网络中。因此,根据水下网络的特点进行专门的水下网络通信研究有一定的工程应用价值。水下网络MAC协议是水下网络的关键技术,决定了水声信道资源的分配,其会直接影响水下网络的性能。本文系统介绍了水下无线传感器网络与MAC协议的相关内容,对国内外现有的MAC协议进行了研究对比,并总结了评价指标及面临的挑战。在对应用背景进行分析的基础上,本研究首先对水下网络进行非均匀分簇,通过仿真比较,得出在分簇状态下的数据传输汇聚时的能量消耗更低,网络生命周期更长。在分析了传统的TDMA时隙分配协议的基础上,针对其存在时钟不同步和时隙分配浪费的缺点,提出了基于TDMA协议的动态时隙分配算法,通过Tri-Message算法进行时钟同步,并根据节点距离及数据量的大小进行数据汇聚。通过仿真比较,基于TDMA协议的动态时隙分配算法在水下网络吞吐率以及丢包率优于TDMA协议和ALOHA协议。针对簇头节点与汇聚节点的通信距离远、网络时延高、能量消耗大的特点...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水下无线传感器网络国内外研究现状
        1.2.2 水下无线传感器网络MAC协议国内外研究现状
    1.3 本文主要工作及结构安排
2 水下无线传感器网络及其MAC技术概述
    2.1 水下无线传感器网络概述
        2.1.1 水下无线传感器网络特点
        2.1.2 水下无线传感器网络协议体系结构
        2.1.3 水下无线传感器网络的拓扑结构
    2.2 水下无线传感器网络MAC协议概述
        2.2.1 水下无线传感器网络MAC协议分类
        2.2.2 水下无线传感器网络MAC协议主要评价指标
        2.2.3 水下网络MAC协议设计面临的挑战
    2.3 本章小结
3 基于分簇技术的水下网络数据汇聚研究
    3.1 分簇技术介绍
    3.2 基于分簇技术的水下传感器数据汇聚实现
        3.2.1 分簇建立阶段介绍
        3.2.2 数据汇聚传输阶段介绍
    3.3 实验仿真结果与分析
    3.4 本章小结
4 基于TDMA协议的动态时隙分配算法研究
    4.1 簇内节点时钟同步协议设计及实现
        4.1.1 时钟同步必要性
        4.1.2 时钟同步协议介绍
        4.1.3 时钟同步协议的实现
        4.1.4 数据帧格式
    4.2 基于TDMA协议的动态时隙分配算法的设计与实现
        4.2.1 协议设计思路
        4.2.2 计算数据帧发送时间
        4.2.3 基于TDMA协议的动态时隙分配算法的实现
        4.2.4 时隙分配帧及数据帧格式设计
    4.3 仿真参数配置
    4.4 实验仿真结果对比分析
    4.5 本章小结
5 动态退避的簇间传输MAC协议设计
    5.1 动态退避的簇间传输MAC协议改进思路
        5.1.1 动态设置簇头节点的发送时间
        5.1.2 动态设置竞争节点等待的时间
        5.1.3 采用多帧传输、ACK确认方式进行传输
        5.1.4 汇聚节点采用RTS缓存机制
    5.2 动态退避的簇间传输MAC协议描述与实现
        5.2.1 协议设计思路
        5.2.2 RTT映射表的动态维护
        5.2.3 实现竞争节点动态退避
        5.2.4 数据帧格式设计
    5.3 仿真参数配置
    5.4 实验仿真结果对比分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢



本文编号：3810629