基于CDMA的水下传感器网络MAC协议设计

水下传感器网络( UWSN)中节点采用声波通信,水声信道的高误码率、长延迟、低带宽、多径效应、多普勒频散等技术,据此提出一种动态的、分布式的基于码分多址( CDMA)的水下传感器网络介质访问控制层( MAC)协议。该协议不但节能,还能够提高CDMA扩频码的重用率,并且能够适应网络拓扑的动态变化。同时,协议使用了功率控制机制,有效解决CDMA系统中普遍存在的“远-近”效应问题。仿真实验表明,与经典的静态编码分配协议和ALOHA相比,该协议在冲突率、交付率、端到端的延迟、能耗等方面具有更好的性能。     

面向空间容延迟网络的网关设计与仿真

针对高延迟、高误码和链路频繁中断的空间信息网络,设计了能够适应空间网络环境的容延迟网络(DTN)网关,在OPNET仿真平台下对网关进行建模,并对基于该网关的空间信息网络进行仿真.DTN协议体系以"存储转发"为核心思想,结合空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的适用于空间环境的传输层协议和数据链路协议,以保证空间网络数据传输的可靠性.仿真结果表明,使用DTN网关能够显著降低空间信息网络数据传输的丢包率,增强通信的可靠性,表现出良好的适用性.     

水下无线传感器网络自适应转发协议

针对水下传感器网络延时长、网络拓扑动态变化的问题,提出一种三维水下无线传感器网络自适应转发协议AFP(adaptive forwarding protocol)。AFP采用自适应方法获得转发概率与转发区域,让转发区域内与上一跳转发节点距离相对远,且与上一跳节点与目的节点的矢量方向相对近的节点以高概率转发分组,从而减少了转播冗余和冲突,提高了转播效率。应用NS-2仿真软件对协议的性能进行仿真,仿真结果表明:与VBF协议相比,AFP提高了分组投递率、减少了端对端延迟,证明了AFP在水下无线传感器网络环境下工作的可行性和有效性。     

无线传感器网中线性网络编码的安全检查

线性网络编码作为一种新型的数据编码方式,它可以提高无线传感器网络的数据吞吐率、降低节点能耗、减少数据的传播延迟.由于无线传感器网络自身的特点,直接使用已有的线性网络编码协议将面临许多严重的安全攻击.指出了线性网络编码应用于无线传感器网络所面临的安全问题;并提出了一种安全的线性网络编码协议SEC.SEC既能够实现线性网络编码的优点,还解决了其在无线传感器网络中所面临的安全问题.     

一种新的移动Ad Hoc网络的单忙音码分多址协议

针对移动Ad Hoc网络(MANET),提出了一种新的多址接入协议——单忙音码分多址协议(SBT－CDMA)．协议综合使用了RTS/CTS短分组握手机制、忙音信号、功率控制和CDMA技术来提高网络性能．利用RTS/CTS分组进行码字分配和功率控制信息交换,利用忙音信号计算值与测量值之间的区别,来决定节点是否可以进行RTS分组的发送．该协议减少了分组碰撞,提高了网络的吞吐量,并降低系统功耗,同时有效解决了在MANET中采用CDMA组网方式时的远近效应问题．     

基于卡尔曼滤波理论的传感器路由协议

容延迟移动传感器网络针对实际无线网路拓扑动态变化导致的间歇性连接,使用分布式节点存储转发的机制保证了端到端信息传输的可靠性.提出了一种基于卡尔曼滤波器预测理论的容延迟移动传感器网络路由协议.采用本地预测的方法估计节点的信息携带能力 ,选择最佳信息携带节点.进行了仿真模拟实现,结果表明,该协议具有较好的传输可靠性和传输延时,同时大大减少了网络开销,缓解了网络拥塞,在容延迟移动传感器网络中具有较佳的性能表现.     

水下传感器网络节点设计及实现

文章提出了一种低功耗水下无线传感器网络节点的设计方案,该方案的特点是采用了"Sleep/Wake"工作模式降低节点功耗,基于软件无线电的设计思想,使节点功能有较好柔度和通用性。完成的网络节点样机结构简单、性能可靠、功耗低,并已经过水池测试验证。网络节点是水下传感器网络的核心部件,所完成的设计为水下无线传感器网络MAC协议的性能研究及验证提供了一个较为理想的平台。     

无线传感器网络自适应占空比媒体访问控制协议

为了减少无线传感器网络能量耗损,通过分析排队论单服务台排队系统模型,结合已有的低占空比无线传感器网络节点媒体访问控制协议和层次网络的结构特点,提出了一种改进的自适应调节占空比无线传感器网络节点媒体访问控制协议.该协议通过节点的队列模型预测下一周期的数据量,从而能够自适应的调整其占空比,降低网络节点的能量消耗.在网络仿真平台上对改进后协议的性能进行了评估.仿真结果表明,在保持网络性能的前提下,改进后协议比无线传感器网络节点媒体访问控制协议的能耗减少48%,延迟减少21%,吞吐量增加33%,显著地延长了整个无线传感器网络的寿命.     

一种水下接收端同步的并发媒体接入控制协议

针对水下声信号的低传播速度导致的时空不确定性问题，能够高效的利用水下声信道的长传播时延的信道预约技术，常被水下传感器网络的媒体接入控制协议的设计所采用，为了探索设计水下传感器网络的高性能媒体接入控制协议，以信道预约技术为基础，提出了一种新型的适用于移动水下传感器网络的，基于接收端同步的并发媒体接入控制协议，即CMACRS(concurrent medium access control based on receiver synchronization),新协议采用信道预约方法，实现了多个发送节点的并发传输。广泛的仿真结果显示，在吞吐量等性能方面，新协议优于非时隙级并发传输的水下媒体接入控制协议。     

一种基于Q-Learning技术的水声网络协议

针对水声网络中信道时空变化的特点,提出了一种基于Q-Learning技术的高效水声网络协议.在该协议中,智能移动节点能够利用增强学习算法,自适应规划路径.仿真表明,该协议在能耗、端到端延迟等方面均取得较好性能.     

基于多传感器信号传输网络的TCP增强方法

为了解决多传感器信号传输中端到端TCP协议存在的如高丢包率、带宽不稳定、动态拓扑以及存在由于多信号同时传输产生拥堵,导致网络传输性能降低等问题,提出了一种基于多传感器信号传输网络的传输控制协议M-TCP.M-TCP采用了一种基于瓶颈节点信息反馈的新的流量控制机制,取消了慢启动探测网络带宽阶段,在连接建立后便采用较理想的发送速率进行数据传输,成功避免了传输振荡.结果表明,M-TCP在数据吞吐量、丢包率和传输延迟等方面具有较大优势,能够很好地提升传输网络的传输性能.     

基于NS-MAC协议的节能传感器网络仿真设计

优化传感器媒介访问控制(S-MAC)协议以减少网络能量消耗和数据延迟,已成为无线传感器网络(WSN)亟待解决的问题.在S-MAC协议原有周期不变的情况下,根据通信流量变化改变活动时间,以减少能量损耗,同时在NS-2仿真平台采用MILD算法减少节点间不公平竞争现象,并建立了优化后的NS-MAC协议.实验结果表明,NS-MAC协议在能量损耗与延时性能上较S-MAC协议效果更佳,也更加符合WSN的MAC协议节能设计原则.     

海底观测网水下环境实时监控系统设计与实现

为了对深海水下环境进行实时监控,设计并实现可靠性高、操作性强、实时性好的海底观测试验网络水下环境实时监控系统.基于理论计算和稳定性校核,设计耐压腔体机械结构.通过建立耐压腔内散热模型,并利用ANSYS软件仿真和传感器实测的方法,得到腔内温度场分布.提出一种机械接触器和功率电阻并联使用的浪涌电流抑制方法,实现浪涌电流的有效抑制和系统的可靠启动.采用网络时间协议(NTP)和精确时间协议(PTP)获得高精度时间同步,2种协议中的时间报文都是在岸基站时间服务器和水下系统之间相互交互,可获得亚微秒级别精度的授时服务.基于VC++开发的上位机软件能够实现实时监测和控制水下系统.在实验室环境下开展了系统各个部分的功能性验证试验,并进行南海海试布放.结果表明,开发的系统有效、可靠且适合于深海连续运行.     

移动蜂窝模型中的多址接入性能研究

提出了一种适合于武器协同数据链的移动蜂窝模型,并针对该模型提出了基于离散FDM的FHMA/CDMA相结合的多址接入方式。该方式理论上能够为无穷多的参与平台提供服务,且具有较低的发送延迟。该文对基于离散FDM的FHMA/CDMA相结合的多址接入方式的数据分组成功发送率、网络吞吐量以及信息时延等性能指标进行了理论分析,并仿真分析了码分信道数、扩频增益等主要参数对网络性能所产生的影响。结论表明,所提出的多址方式具有较好的接入性能,能够满足武器协同数据链网络的低时延应用需求。     

基于预约的数据队列水下无线传感器网络MAC协议

为了有效地减少水声信道冲突提高网络吞吐量,提出基于预约的数据队列水下无线传感器网络MAC协议.该协议在数据传输前设置了信道预约周期与预约确认周期,利用RTS-CTS握手过程完成信道的预约、确认与数据传输的排序工作.当全部预约得到确认后,所有发送端按事先排好的顺序以接龙的方式传输数据队列,完成多对节点间的数据传输任务.这些方法降低了节点的平均预约时间,减少了节点发送数据的等待时间,有效提高了网络吞吐量.仿真实验结果表明,当网络负载较高时,该协议能够较大程度地减少控制包开销,提高网络吞吐量.     

分布式水下组网MAC协议的设计与仿真

为了解决传统的TDMA协议在水下环境中存在信道资源在时间上的浪费问题,需要设计有效的MAC协议来合理分配信道资源,提高水下网络的性能。本文设计了一种能够将时隙进行动态分配的改进的TDMA协议,并在NS-3仿真平台下对其吞吐量、丢包率和端到端时延三个性能指标进行了仿真,仿真结果表明使用本文设计的协议能够提高网络的工作效率。     

一种学习的水声传感器网络ALOHA协议

针对水下随机竞争MAC协议产生的数据之间的严重碰撞问题,依据网络学习的理念,提出了一种基于学习的L-ALOHA(Learning-ALOHA)协议,协议中的每个传感器节点通过不断地学习来寻找各自节点的最佳传输时间,并选择最佳时刻传输数据包.仿真结果表明:L-ALOHA协议在吞吐量和平均端到端时延方面优于UW-ALOHA(Underwater ALOHA)协议和UWS-ALOHA(Slotted ALOHA)协议.     

分布式水下组网MAC协议的设计与仿真

为了解决传统的TDMA协议在水下环境中存在信道资源在时间上的浪费问题,需要设计有效的MAC协议来合理分配信道资源,提高水下网络的性能。本文设计了一种能够将时隙进行动态分配的改进的TDMA协议,并在NS-3仿真平台下对其吞吐量、丢包率和端到端时延三个性能指标进行了仿真,仿真结果表明使用本文设计的协议能够提高网络的工作效率。     

基于通信节点的WSN自主聚类非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络中如何有效地利用有限的节点能量来延长网络的生命周期这一问题,提出一种基于通信节点和多跳传输相结合的多因素自主聚类分簇路由协议.该协议通过结合节点的剩余能量、簇头与基站之间的距离以及邻居节点的数目等因素来优化路径节点的选择,改进了多跳传输的局部最优路径构造算法.仿真结果表明:与现有协议相比,该协议能够有效地节省传感器节点的能量,平衡网络能量分布,延长网络的使用寿命.     

基于串型路由的水声通信网络ALOHA协议性能分析

针对水下通信网络串型路由应用,为获取ALOHA协议最佳性能,基于现有水声通信装备及水声信道参数,建立了串型水声通信网络模型。分析了ALOHA协议在串型水声通信网络的交付率、吞吐量及端对端时延等网络性能测度,推导了获取最佳网络性能的网络参数配置条件,并通过NS3仿真软件对基于串型路由的水声通信网络ALOHA协议性能进行仿真分析,结果表明:该协议在负载的若干特定点上能够获得最佳性能,仿真结果与理论分析一致,进而为该协议的实际应用提供了理论依据。