基于分布式节点发送顺序和时间联合优化的水声网络MAC协议研究

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1、工程硕士学位论文基于分布式节点发送顺序和时间联合优化的水声网络MAC协议研究作者姓名赖汉华工程领域电子与通信工程校内指导教师张军副教授校外指导教师谢云高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月MACProtocolBasedOnDistributedSendingTimeandSequenceOptimizationforUnderwaterAcousticNetworkADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LaiHanhuaSupervisor：Pro

2、f.ZhangJunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN929.3学校代号：10561学号：201521010312华南理工大学硕士学位论文基于分布式节点发送顺序和时间联合优化的水声网络MAC协议研究作者姓名：赖汉华指导教师姓名、职称：张军副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电子与通信工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：水声通信论文提交日期：2018年04月10日论文答辩日期：2018年06月02日学位授予单位：华

3、南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：林耀荣高级工程师委员：张军副教授、冯义志副教授、宁更新副教授、林奕琳高级工程师摘要随着水声通信技术的不断发展，水声通信从原来的军事领域发展到了多个民用领域。因此，为了组建高性能水声通信网络，除了要解决点到点的两个用户之间可靠通信之外，更需要解决多个用户在共享水介质信道时如何高效率的交互问题。然而水声通信与陆地无线通信相比，有着带宽窄、时延长、噪声高、能量受限以及多途径干扰严重等特点，这使得媒体接入控制（MediaAccessControl，MAC）协议的设计变得十分重要。现有的MAC

4、协议主要分为竞争式和固定分配信道。其中基于握手的竞争式MAC协议通常在一个传输周期中只能一对节点通信，在多节点通信情况下，每对通信的节点都需要进入自身传输周期，由于水下时延很大，这样会使得信道利用率低，降低网络的整体性能。在集中式网络中，竞争式MAC协议可以通过中心节点来规划其他节点发送时间，使得多节点能够并行通信，但是在分布式网络中没有中心节点，要实现节点发送时间规划是个难点。针对以上问题，本文提出一种基于分布式节点发送顺序和时间联合优化的水声网络MAC协议研究。本文的研究工作如下：1）分析了水声通信网络分层结构，并且归纳了水声信道

5、和水声通信的特征，对影响水声通信性能的几个因素做出了分析总结。2）介绍了目前现有的一些水声网络MAC协议以及基于NS-2拓展的Aqua-sim仿真平台，并在Aqua-sim平台上对现有的一些协议进行仿真，并对比分析其性能。3）提出了一种基于分布式节点发送顺序和时间联合优化的水声网络MAC协议（SendingTimeandSequenceOptimization，STSO协议）。该协议能够在传输周期内优化多个源节点发送数据的顺序并且根据优化后的发送顺序合理计算每个源节点的无冲突发送数据时刻，实现在一个传输周期内多节点的并行通信，从而缩短

6、整个传输周期所需要的时间，提高信道的利用率和网络的整体性能。4）在Aqua-sim仿真平台上实现了STSO协议的仿真，并和现有的几个水声通信网络MAC协议做了对比并进行性能分析。仿真结果表明，本文提出的STSO协议与UWALOHA、UW-CSMA/CA、Slotted-FAMA以及ROPA协议相比较，网络的吞吐量更高、平均时延和平均能耗更小，网络的整体性能有着明显的提高。关键词：水声网络；多节点；MAC协议；分布式；发送顺序和时间联合优化IAbstractWiththecontinuousdevelopmentofunderwater

7、acousticcommunicationtechnology,underwateracousticcommunicationhasalsodevelopedfromtheoriginalmilitaryfieldtocivilfields.Therefore,inordertoestablishahigh-performanceunderwateracousticcommunicationnetwork,weshouldsolvethepoint-to-pointreliablecommunication,andmoreneedst

8、obesolvedwhenmultiplenodesonasharetheunderwateracousticchannelhowtoeffectivelytransmitdata.However,comparedwit