定向接收低冲突率水声网络媒体接入控制协议

在全向水声通信网络场景中,较大的传播时延和较高的数据包碰撞率严重影响了网络性能。相比全向接收技术,声矢量传感器的声压和振速通过线性加权组合可以形成单边指向性,实现定向接收某个方向上的信号,进而提高网络的空间复用率。该文首先分析了声矢量传感器定向接收模式下的网络中断概率,验证定向接收技术网络应用的可行性。然后,提出了定向接收低冲突概率媒体接入控制协议(DRLCP-MAC)。该协议利用指向性接收波束握手机制建立稳定的数据传输链路,通过状态转移策略构建多对并行通信链路,缩小虚拟载波监听范围,提高网络的空间复用度。仿真结果表明,与水下冲突避免多址接入协议(MACA-U)和时隙地面多址接入协议(Slotted-FAMA)相比,DRLCP-MAC协议使信道接入成本降低了约50%和60%,网络吞吐量提升了约60%和400%,端到端时延降低了约50%和85%。     

基于网络编码技术的水声网络路由协议研究

针对水声通信传输速率低、时延大的缺点,提出在水声环境下将随机网络编码方法应用于节点之间广播通信,利用NS-2仿真软件对网络编码路由协议NCR(Network Coding Routing)进行仿真,并分别从投递率、投递时延、协议开销和冲突率4个网络性能评价指标进行了分析。发现在节点数量为50的随机网络拓扑结构中,与传统的泛洪(Flooding)方式相比,NCR协议的数据包投递率大约提高了20%~50%,网络时延降低了大约50%~60%,NCR协议改善了水声通信网络传输效率,提高投递率,提高能量利用效率和传输可靠性,时延和数据冲突率有效降低,网络性能获得明显改善。     

水声网络通信性能分析

该文根据水声信道传播特性及水声网络结构特征,建立了基于水声网络的通信性能分析模型,并仿真分析了对等网络和汇聚网络两种水声网络结构的通信性能与节点间距、网络规模、工作繁忙度以及发射功率等因素的联系,结果表明通过适当的网络设置和协议设计能够优化网络的通信性能,并且存在使通信带宽效率最优的水声网络节点间距。该文的研究成果对水声网络应用具有指导意义。     

移动Ad Hoc网中的定向信道接入协议

为了提高移动Ad Hoc网信道利用率和吞吐量、克服隐藏终端问题，使用定向天线的信道接入(MAC)协议已被提出。本文介绍了基于移动Ad Hoc网的定向MAC协议，分类描述了四种定向MAC协议(全向RTS-全向CTS协议、定向RTS-全向CTS协议、定向RTS一定向CTS协议以及多跳RTS协议)，比较分析了其特点并指出了现有协议中存在的一些问题及今后可能的研究方向。     

基于定向收发的水声通信网络邻节点发现机制

针对水声通信网络邻节点发现困难的问题,该文提出一种基于定向收发的邻节点发现机制。该机制中节点只采用定向方式发送和接收信号,能够避免增益不对称引起的隐藏终端问题,增加网络覆盖范围;时间被划分为邻节点发现时隙和侦听回复时隙,发现时隙中节点发送HELLO信号,然后接收邻节点回复的REPLY信号,侦听回复时隙中节点侦听源节点发送的HELLO信号,然后回复REPLY信号,节点通过基于竞争的HELLO/REPLY两路握手以直接发现和间接发现两种方式完成邻节点发现,能够克服“聋”节点问题,提升邻节点发现效率。仿真结果表明,在不同的网络节点密度与发射天线波束扇区数目条件下,该邻节点发现机制相比随机两路邻节点发现机制,邻节点平均发现时延更短,邻节点发现率更高。     

基于WinCE的水声通信网络通信协议设计

水声通信网络节点是水声通信网络的重要组成部分。由于水声信道的复杂性,为了提供高速实时可靠的水下通信,水声通信网络节点需要采用高效的调制解调方式、现代编码方式、复杂的信道估计和均衡等手段。传统相对简单的水声通信网络节点无法胜任当前的需求,因此开发新型的超高速水声通信网络节点具有十分重要的意义。本文通过在Windows CE系统环境下,通过编程实现ARM平台与其他设备的通信,以及实现水下通信网络三节点网络协议的程序设计。研究节点网络,研究通信信道的冲突问题,应用CSMA协议和RTS-CTS机制,编写三节点网络通信协议,验证水下通信网络节点三节点网络协议的实现。     

一种用于水声通信网的多址接入协议

由于传输介质的不同，使得水声通信具有一些有别于电磁波通信的特点。本文针对水声信号传播时延长带来的效率低的问题，为水下环境中的通信网提出了一种新型的冲突避免多址接入协议，该协议通过减少不必要RTS／CTS握手次数，降低了这种预约形式所造成的资源浪费，提高了网络效率。仿真结果显示，该协议在水声环境下，能获得较好的网络性能。     

基于P-NOMA的上行水声通信网络容量分析

在通信距离不尽相同节点的最优适用频段可能会部分重叠的背景下,针对水声系统频率资源利用率低的问题,提出了一种基于部分非正交多址接入(Partial Non-orthogonal Multiple Access, P-NOMA)技术的上行链路水声通信方法。该方法中各P-NOMA节点在非重叠频段内采用正交多址接入技术传输信息,在重叠频段内利用最大或受限的发送功率同时同频发送信息给目的节点,目的节点采用串行干扰消除方法提取重叠频段内的各P-NOMA节点信息。根据功率谱密度与容量之间的关系,分析了P-NOMA节点在注水算法和功率均匀分布下的可达容量,以及信干噪比限制对最小发射功率的影响。仿真结果验证了基于P-NOMA技术的水声上行通信网络在系统容量方面具有的优势。     

基于多节点数据检测的无线接入协议设计

移动自组织网络在专用通信领域中得到广泛重视,如何提高其媒体接入效率是研究的热点。文中针对移动自组织网络中多节点共享资源时媒体接入的频谱利用率和接入效率问题,基于多用户检测理论设计和实现了多节点共享物理资源的媒体接入协议,与传统CSMA/CA协议相比,提高了节点并发传输数量,频谱效率改善可达4.28倍。     

水声网络中Aloha协议与MACA协议的比较分析

浅海水声信道的快衰落、长延时使水声网络媒介访问控制（MAC）层协议的性能受到了较大的负面影响。为了能更好地将无线传感器网络的MAC协议适用于水声网络,本文着重对Aloha协议和冲突避免多址接入（MACA）协议进行改进分析,借助通信网络仿真工具OPNET,比较两者在吞吐量、时延、能量损耗和分组丢失率4方面的性能结果。仿真结果表明：与Aloha协议相比,MACA协议能更好地提高性能,有利于在水声网络中使用。     

基于NS-3的声电协同网络实现及路由性能分析

水下无线通信主要依靠水声通信的方式进行信息传输。但水声链路本身具有高时延和高误码率等不足,为水下应用提供低时延的通信服务是一项具有挑战性的工作。声电协同网(CRAN)旨在充分利用水面无线电链路弥补水声网络(UAN)的性能局限,提升网络的整体性能。其中,CRAN中的路由协议需要构建声、电混合路径,是声电协同网络研究中的关键问题。该文首先在网络模拟器3(NS-3)中设计并实现了声电浮标节点与CRAN协议栈,搭建了CRAN的仿真平台。随后探讨了以无线自组网按需平面距离向量路由协议(AODV)为代表的被动式路由在CRAN中的应用。该文发现,AODV协议使用的距离向量准则在CRAN中能够更多地选择高速的无线电链路进行数据转发,有效地降低了网络传输时延。最后,通过仿真对AODV与其他协议的性能进行了对比、分析。结果表明,CRAN在投递率、传输时延、网络吞吐量、能效和路由响应速度方面对比水声通信网有较大提升。同时,以AODV为代表的被动路由协议,相比于以优化链路状态路由协议(OLSR)为代表的主动路由协议更适用于CRAN。     

CDR-MAC: A Protocol for Full Exploitation of Directional Antennas in Ad Hoc Wireless Networks

In this paper, we propose a new Medium Access Control (MAC) protocol for full exploitation of directional antennas in wireless networks. The protocol introduces a circular directional transmission of the Request To Send (RTS) control packet, spreading around a station information about the intended communication. The stations that receive the directional RTS, using a simple scheme of tracking the neighbors' directions, defer their transmission toward the beams that could harm the ongoing communication. In this way, the proposed protocol takes advantage of the benefits of directional transmissions as the increase of spatial reuse and of coverage range. Additionally, it reduces the hidden-terminal problem, as well as the deafness problem, two main factors for the decrease of the efficiency of directional transmissions in ad hoc networks. The performance evaluation of the protocol shows that it offers a significant improvement in static, as well as mobile, scenarios, as compared to the performance of the proposed protocols that use omnidirectional or directional transmissions.     

基于规则与感知的水声网络MAC协议

针对水声网络(UAN)媒体访问控制(MAC)协议采用RTS/CTS握手机制,导致信道利用率和网络吞吐量较低的问题,提出一套信道访问规则,基于该规则设计了节点状态感知的水声网络MAC(RP-MAC)协议.当接收节点不在收发状态,并且其他邻居节点也都不在接收状态时,发送节点才会尝试发送一到多个报文给接收节点.节点通过侦听和...     

水声通信网络介质访问控制协议的设计与仿真

采用OPNET平台对水声通信网络节点模型与介质访问控制协议进行了设计与实现,并重点研究建立了基于忙时间改进网络分配向量帧冲突处理机制的水声通信网络协议——UMACAW。同时建立并测试了包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络。仿真结果表明,MAC层采用UMACAW协议能更好地克服冲突,减少节点间端对端传输延时,从而获得更高水声通信网络的吞吐量。     

水声通信网络拓扑生成及路由搜索方法的研究

网络层协议的设计对于提高水声通信网络通信效率和降低能量损耗方面具有重要的意义。设计了一种结合能量损耗因素和通信时延因素的拓扑生成算法,并与普通算法进行了对比,验证了该算法的有效性,最后设计了相应的路由搜索方法。     

基于空分复用的多信道机间紫外光通信定向MAC协议

为了弥补飞行编队任务分配情况和不同模式下紫外光定向通信存在耳聋问题的缺陷,采用一种基于空分复用的多信道机间紫外光通信定向信道接入协议,建立了机间紫外光通信网络模型。通过在紫外节点安装多个不同方向的紫外收发装置来实现多信道信息交换,并仿真验证了多信道通信使耳聋问题得到明显缓解,提高了网络吞吐量,降低了网络时延,使得网络性能显著改善。结果表明,多信道通信与单信道通信相比,网络吞吐量增加,平均时延减小,网络性能大幅度提高,并且采用三信道通信模式通信效果最佳。     

一种用于水声通信网的TDMA方案

由于海洋中恶劣的传输条件，设计高可靠性、高吞吐量的水下通信网是一项具有很强的挑战性的工作。本文提出了一种适合水下环境中通信网使用的TDMA方案，该方案通过TDMA数据帧的交错布置减少信道的闲置时间，提高网络效率。仿真实验结果表明，该TDMA方案具有较高的网络性能。