计及节点运动的水下传感器网络高效mac协议研究

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1、计及节点运动的水下传感器网络高效MAC协议研究ResearchofEfficientMACProtocolforMobileUnderwaterWirelessSensorNetworks学科专业：信息与通信工程研究生：田志辉指导教师：金志刚教授天津大学电子信息工程学院二零一四年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料

2、。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着人类对海洋探索的不断深入，水

3、下无线传感器网络因其在海洋学数据收集、环境监测、资源勘探、军事战略观察等方面的广泛应用，成为一个新的研究热点。但由于水下通信环境的特殊性，传输使用声波作为载体，而水声信道具有传输时延大、可用带宽窄以及水中环境的动态性等特点，使得传统的应用于陆地无线传感器网络的通信协议不能直接用于水下网络。本文对水下无线传感器网络MAC协议进行了研究，介绍了水下无线传感器网络的网络特性和网络架构，以及分析了水下MAC协议设计需要解决的关键问题，如隐藏终端和时空不确定性等问题。此外，阐述了现有的典型水下无线传感器网络MAC协议

4、，并对比分析了这些协议的性能特点，如R-MAC、SlottedFAMA、ALOHA、T-MAC等协议。针对动态的通信环境对水下无线传感器网络的影响，本文分析了水下传感器节点的运动特性和运动预测算法，并在此基础上提出了一种基于可变长时隙机制的水下传感器网络MAC协议：VSFAMA。该协议采用信道预约机制来进行冲突避免，应用运动预测算法与定位相结合的方式获取节点位置信息，并作为时隙长度的依据，自适应地调整时隙长度，降低了网络平均时延，提高时隙资源利用率。最后，通过仿真实验，验证了新协议在网络吞吐量性能的突出表现

5、。关键词：水下无线传感器网络；时隙；运动预测；介质访问控制协议；有效网络吞吐量ABSTRACTWiththedeepeningofhumantothemarineexploration,underwaterwirelesssensornetwork(UWSN)hasbecomeanewresearchhotspotbecauseoftheapplicationinoceanographicdatacollection,environmentmonitoring,explorationofmarinereso

6、urcesandnationaldefensestrategy.Soundwavesbecomethecarrierofunderwatercommunication.Inaddition,theunderwateracousticchannelisfeaturedwithlowbandwidth,longlatencyanddynamicinunderwaterenvironment,whichmakestheexistingprotocolsandtechnologiesinterrestrialwir

7、elesssensornetworkscannotbedirectlyappliedtoUWSN.Thispaperstudiesmediumaccesscontrol(MAC)protocolforUWSN.NetworkcharacteristicsandarchitectureofUWSNarepresented,aswellasthekeyissuesinunderwaterMACprotocoldesign,suchashiddenstationsandspace-timeuncertainty.

8、Furthermore,theexistingtypicalunderwaterMACprotocolwillbeelaborated,suchasR-MAC,SlottedFAMA,ALOHA,T-MACandsoon.InviewofthedynamiccommunicationenvironmentforUWSN,amotionmodelofunderwatersensornodeisanalyzedasw