水声通信网络MAC协议研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzhongyue
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海洋中蕴含丰富的资源,随着陆地资源的日渐枯竭,人类逐渐把目光投向海洋。水声通信网络在人类开发和利用海洋资源方面扮演重要的角色,它的应用领域如:海洋数据采样、环境监测、灾难预防、辅助导航、分布式战术监测、编队探雷等。水声环境比较恶劣,水声信道与陆上无线电信道不同,具有通信带宽有限、传输时延大、多径性、多普勒频移、衰减严重、强时变、空变、随机性等特点。首先,水声通信网络体系结构与陆上无线电网络体系结构有很大差异,节点受限于能量问题更严重,且与传统的OSI模型不同,专家普遍把水声通信网络分为三层:网络层、数据链路层、物理层。其中数据链路层主要起着为上层网络协议提供可靠链路作用,它又分为逻辑链路层(LLC)和媒体接入控制层(MAC),本文主要研究媒体接入控制层协议。然后,本文分析了水声通信网络MAC协议研究所面临的挑战以及几种主要的相关MAC协议,重点分析了水声通信网络中的能效问题,推出能效问题是水声通信网络中应该考虑的核心问题。其次,从能效方面出发,主要研究两种比较典型的MAC协议:IEEE 802.11协议和S-MAC协议。IEEE 802.11协议分为点协调(PCF)和分布式协调形式(DCF),本文主要研究DCF形式。S-MAC协议是在IEEE 802.11协议的基础上,从能耗方面考虑改进的协议。它通过周期性的侦听/睡眠机制减少空闲侦听时间,从而达到减少网络能耗的目的。S-MAC协议由于采用固定的侦听/睡眠时间占空比,存在无法适应网络负载动态变化的缺限,因此本文提出了一种动态调整侦听/睡眠时间占空比的改进协议。最后,通过NS2仿真环境,分别构建相关网络场景,研究相关协议在水声环境中的性能。考虑到水声环境的特殊性,分别统计了4种网络指标:网络时延、吞吐量、能耗、数据包发送成功率。仿真结果分析表明,S-MAC协议在能效方面要优于802.11DCF协议,主要是由于S-MAC协议采用了周期性的侦听/睡眠机制,而这是牺牲了其它一些因素的基础上实现的。当网络业务量大时,改进协议在能效方面明显优于原先S-MAC协议。
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