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水声AdHoc网络是由没有任何固定基础设施的移动节点组成的自主式网络,能够快速地部署和灵活地组网,将在民用和军事方面发挥越来越重要的作用。因此,水声AdHoc网络近几年受到人们极大的关注。但是,由于水声信道的特点,例如随机时一空变化、传播时延长和多径相干等,限制了水声AdHoc网络的性能。自主重传请求(ARQ)技术,尤其是媒质接入控制(MAC)技术,对水声AdHoc网络的性能起着至关重要的作用,因此成为当前水声界研究的热点问题。本文中,我们针对水声AdHoc网络的两大关键技术,即ARQ和MAC技术,分别进行了深入的研究,并作出了如下的工作:
●由于水声信道的半双工特性,停等(stop-and-wait,SW)ARQ成为水声通信系统中唯一有效的差错控制技术;另一方面,水声信道的误码率高,传播时延长,从而使得水声通信系统的性能急剧下降。如何使用连续的ARQ技术以有效地提高水声通信系统的性能,已迫在眉睫。本文提出了一种有效的适合于半双工特性的ARQ协议。首先将水声信道分成两个子信道:一个用于前向信道(从发送方到接收方),另一个用于反向信道(从接收方到发送方),使用连续的ARQ技术进行差错控制,使得对每个分组数据的响应时间大大缩短,从而显著地提高了系统的吞吐量。
●水声信道的时变特性导致正确传输固定长度的一个分组的概率随信道误码率的变化而变化,影响了系统的吞吐性能。本文依据水声信道的时变特性,根据发送方连续收到的确认/非确认(ACK/NAK)消息的次数,利用离散的Markov模型,动态地评估水声信道的变化,通过改变分组数据的长度,最大限度地提高系统的吞吐量,提出了一种适合水声时变信道的自适应ARQ协议。
●多径引起水声信道的慢瑞利衰落,在接收方会造成分组数据的连续突发性错误,也会大大降低水声通信系统的吞吐性能。本文基于一定的多址接入协议基础上,依据发送方连续收到的ACK/NAK消息的次数,正确评估水声慢瑞利衰落信道的状况,提出了一种变分组长度的自适应ARQ协议,有效地提高了通信系统的吞吐量。
●由于存在“隐藏终端”和“暴露终端”的问题;而且,由于水声信道的特点,例如有用的频率带宽很窄,强时变、多径和长传播时延,如何设计水声Adhoc网络的MAC协议,从而有效的提高水声Adhoc网络的性能,成为一项更具挑战性的任务。本文中,我们为此提出了一种新的多址接入控制协议,即并行传输多址接入(PTMA)协议。该协议基于如下的创新思想:为消除冲突而进行多信道预约,这样能在多个信道上并行地传输数据;为缩短等待clear_to_send(CTS)的时间,当request_to_send(RTS)刚发送完就立即发送分组数据,而不必收到CTS后再发。这样,PTMA协议能取得较之于适合无线Adhoc网络的多址接入协议更高的吞吐性能和较低的端到端传播时延。
●从工程实现的角度出发,本文提出了如何借助于OPNETModeler/Radio网络仿真工具,利用有限状态机(FiniteStateMachine,FSM),通过构建水声AdHoc网络的网络模型、节点模型和进程模型,实现PTMA协议的方法。