水声网络物理层和链路层关键技术研究与实现博士学位论文

《水声网络物理层和链路层关键技术研究与实现博士学位论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：中国科学院研究生院博士学位论文水声网络物理层和链路层关键技术研究与实现房栋指导教师黄海宁研究员中国科学院声学研究所尹力研究员中国科学院声学研究所申请学位级别博士学科专业名称信号与信息处理论文提交日期2011年5月论文答辩日期2011年5月培养单位中国科学院声学研究所学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席ResearchandImplementationonPhysicalandDataLinkLayerofUnderwaterAcousticsNetworksDissertationsubmittedtoGradua

2、teUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofP.H.D.byFang,Dong(Signalandinformationprocessing)Directedby:ProfessorHuang,HainingProfessorYin,LiMay,2009中国科学院声学研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容

3、外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解中国科学院研究生院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：ò按照中国科学院研究生院要求提交学位论文的印刷本和电子版本；ò中国科学院研究生院与中国科学院声学研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；ò中国科学院研究生院与中国科学院声学研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；（保密论文在解密后遵守此规定）论

4、文作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要水声网络作为一项新兴的海洋信息技术，在环境监测、灾害预警、海洋工程、水下防御等领域有广阔的应用前景，因此被越来越多的研究者所关注。开展水声网络相关技术的研究与实现工作，能够有力的增强人们在海洋活动中的信息获取能力，对于海洋科学研究、海洋经济发展、海上军事力量的增强有重要意义。本文以水声网络的物理层和数据链路层技术为研究重点。物理层方面研究了数据包检测自适应阈值算法，以及相干解调中的自适应均衡与同步联合算法。数据链路层方面研究了几种典型的协议在水声网络中的性能，并针对水声环境特点进行协议改进。此外，本文进行了网

5、络仿真平台的设计与实现。最后进行了网络节点的设计、实现和湖试工作。本文的主要研究工作如下：1.针对水声网络突发通信中信号和噪声功率未知的问题，研究了基于能量估计的自适应阈值算法，给出了检测概率、虚警概率及检测统计量的表达式，并证明了这是一种有实用价值的恒虚警检测算法。2.针对水声信道中强ISI、时变性、多普勒频移的问题，研究自适应均衡与同步的联合算法。首先研究了RLS-DFE-PLL算法，能够有效补偿信道对相位调制信号造成的影响。为了克服RLS算法运算量大、对舍入误差敏感等特点，提出LSL-PLL-pre和LSL-PLL-post两种基于格型最小二乘

6、的联合算法。以上几种算法均通过湖上试验得到了验证。3.仿真并分析TDMA、ALOHA、CSMA/CA三种数据链路层协议在主从式单跳网络中的性能指标，得出了几种协议在不同指标上的性能特点，为网络协议的进一步研究和搭建实际网络提供了基础。4.针对水声环境中高时延、时延变化、高误码以及隐藏暴露终端等问题，提出了一种适合于自组织多跳网络的改进CSMA/CA协议，有效提高了吞吐量，并且获得了网络参数对性能的影响规律。5.研究网络仿真技术，进行仿真平台的设计与实现。在开源网络仿真软件NS2上，进行水声网络相关模块的二次开发，形成完整的水声网络软件I摘要仿真平台；

7、设计并实现了基于“高性能计算机+PCI-E数据采集输出卡”的水声网络半实物仿真系统，并进行了实例测试。6.进行软件化水声通信机以及水声网络协议栈体系结构的方案设计，充分考虑规范化、模块化、通用性、可扩展性，为不同通信算法和网络协议的实现提供了一个较为统一的工程实现框架。在此基础上，在以DSP为核心的硬件平台上进行了水声网络节点的实现，进行了湖上试验，获得了良好的点对点通信和协议组网试验结果。关键词：水声网络；物理层；联合同步均衡；数据链路层；网络仿真；节点设计IIABSTRACTABSTRACTUnderwaterAcousticNetwork(UA

8、N)isarisingoceanicinformationtechniquethathavegreatpot