一种浅海水声通信网络通信协议的设计

摘要

本文主要对水声通信网络通信协议进行了研究与设计。通过设计并模拟一个小规模水声通信网络，研究水下信道传输带宽窄、多径衰落严重和延时大等特性对通信的影响，探讨水声通信网络通信协议的描述和实现方法。主要工作如下： 首先，探讨了水声通信网络的研究意义，概述了国内外水声通信网络(包括水声传感器网络拓扑及协议部分)的研究成果，提出了本文的研究内容和研究方法。 其次，分析了海洋水声信道的特性，包括海水中的声传播速度、水声信道的有限带宽性、空变、时变、随机性、多径传播以及衰落特性等，研究了上述特性对水声通信的影响。 再次，探讨了水声通信网络的组成结构以及通信协议各层的任务、功能以及主要技术。 在以上研究工作的基础上，选择了一个以多径传输为主要模拟对象的简化的浅海水声信道模型。通过定量分析，选择了多跳式的网络拓扑。通过比较水声通信网络各种协议的实现算法，设计了适合于浅海水声信道的通信协议集。其中物理层的调制方式为2FSK；数据链路层的信道共享协议为基于停等ARQ的改进式MACA协议，同时使用基于频分双工的DS-CDMA对信道进行复用；网络层使用固定的路由树，在初始化之后，网络重建之前，路由不变。 然后，在仿真软件中搭建了一个由6个节点组成的浅海水声通信网络模型后，选取了合适的统计量对设计的网络进行了仿真。仿真结果表明，该网络在浅海环境下，端到端时延较长，围绕65s上下波动，同时头节点的功率消耗随着时间而呈现增加变缓的趋势。 最后，对所作的工作进行了总结，对以后的研究做出了展望。

目录

文摘

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0前言

0.1概述

0.2国内外水声通信网络技术的研究现状

0.2.1水声通信网络的构成

0.2.2通信协议的研究现状

0.2.3水声通信网络的应用现状

0.3本文研究内容

1海洋的声学特性

1.1海水中的声速

1.2 有限通信带宽

1.3空变、时变、随机性

1.4多径效应

1.5衰落

1.6本章小结

2水声通信网络的组成结构及各层功能分析

2.1网络的组成结构

2.1.1二维网络

2.1.2三维网络

2.2网络体系各层功能分析

2.2.1物理层(Physical Layer)

2.2.2数据链路层(Data Link Layer)

2.2.3网络层(Network Layer)

2.3本章小结

3一种浅海水声通信网络的设计

3.1简化的浅海水声信道模型

3.2海洋环境参数选择

3.3网络的拓扑结构

3.3.1网络的拓扑结构分析

3.3.2具体的网络模型

3.4网络初始化及路由选择

3.4.1网络初始化

3.4.2路由优化

3.4.3网络重建

3.5各层的协议选择

3.5.1物理层

3.5.2数据链路层

3.5.3网络层

3.6本章小结

4浅海水声通信网络的仿真与分析

4.1仿真工具OPNET

4.2仿真

4.2.1仿真中的网络拓扑结构

4.2.2网络协议的仿真和分析

4.3本章小结

5总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文