水声通信网络中的MACA-C介质访问控制协议

介质访问控制协议（Medium Access Control , MAC）是水声通信网络中的一种关键技术。与陆地无线通信系统使用无线电波有所不同,水声通信网络依靠水声进行通信。水声通信网络中的MAC协议设计面临许多挑战面,如:传播延迟大、带宽窄、电池不易更换或充电、节点发射功率受限等。因此,陆地无线通信系统的各MAC协议不能直接应用到水声通信网络。本文提出了一种适用于水声通信网络的MACA（MACA-C）协议,该协议主要将传输数据包和控制包结合使用,在每轮握手的过程中,该协议通过发送列的首数据包和RTS控制包来改善信道利用率。仿真结果也表明MACA-C能够达到较高的和稳定的吞吐量性能,同时在保持低碰撞率的前提下增加信道利用率。      

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。     

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。     

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。     

一种有效的水声通信网络中用于半双工信道的ARQ协议

自动重传请求(ARQ)在保证通信网络可靠传输中起着关键的作用。但是，在水声通信网络中，由于水声信道的半双工以及信道的长传播时延特性，使得水声通信网络的吞叶性能受到极大的制约。本文针对水声信道长传播时延这一特点，利用扩频通信技术，将单个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)，从而使得对每个分组数据的响应时间大大缩短，提出了一种有效的适合于半双工特性的ARQ协议。理论分析和仿真结果表明，相对于传统的SW ARQ协议而言，该协议在水声信道下具有更优的吞吐性能。     

基于最优窗口的水声网络MAC协议研究

海洋水声信道的复杂性和多变性会对水声网络中的介质访问控制协议性能造成影响。为更好地适应水声环境,对水声网络中基于竞争窗口的MAC协议进行改进,提出了基于最优窗口的MAC协议以及窗口值的优化策略,利用开源平台NS-3对其进行仿真,分析得出了水声网络节点数量、通信带宽和数据包大小与最优窗口大小之间的关系。仿真结果表明,在最优窗口下水声网络的吞吐量得到了显著提升,这一结论将为今后构建水声网络提供理论基础和数据支撑。     

基于OPNET的水声通信网MAC层协议的研究

AC（Multiple Access）协议是水声通信网络的重要研究内容,利用OPNET网络仿真软件对ALOHA协议和MACAW协议下水声通信网络的性能进行仿真研究,分析比较这两种协议在不同业务量下的网络性能。仿真结果表明,在水声通信网络中,MACAW协议的性能优于ALOHA,但两者均可应用于低数据业务量网络中。     

水声通信网络技术研究

随着"网络中心战"概念的提出及网络技术的飞速发展,水声通信网络将在军事上得到广泛应用。本文首先介绍了目前水声通信网络的发展状况,进而对水声通信网络的特点进行了简要分析,通过对现有水声通信网络的网络拓扑结构和动态路由协议进行了分析研究,最后对水声通信网络的发展前景进行了展望。     

水声网络全双工定向碰撞避免媒体接入控制协议

近年来水声网络(UAN)技术飞速发展,但仍然面临诸多严峻挑战,能量效率成为水声网络的首要考虑因素。此外,水声信道传播时延大且可用带宽受限,严重制约了水声通信技术的可靠性和有效性,进而限制了水声网络的整体性能。定向通信技术可以有效改善上述情况,通过波束聚焦能力将声波能量聚集在一定角度范围内,获得比全向通信更高的通信范围和信噪比,提升整个网络的能耗效率和空间复用率。但该技术需要对目的节点的位置具备先验知识,且会面临“聋节点”问题,因此该文提出一个水声网络全双工定向碰撞避免(FDDCA)媒体接入控制(MAC)协议,通过装备两个分别处于不同工作频带的全向换能器和定向换能器解决“聋节点”问题,并通过降低节点的冲突域解决了“暴露终端”问题。仿真结果表明,与水下Aloha(UW-Aloha)和时隙地面多址接入(S-FAMA)协议相比,FDDCA在多汇聚节点的网络拓扑下吞吐量分别提升了140%和400%,网络能效上节省了90%和94%。     

基于OPNET的水声通信网MAC层协议的研究

MAC(Multiple Access)协议是水声通信网络的重要研究内容,利用OPNET网络仿真软件对ALOHA协议和MACAW协议下水声通信网络的性能进行仿真研究,分析比较这两种协议在不同业务量下的网络性能.仿真结果表明,在水声通信网络中,MACAW协议的性能优于ALOHA,但两者均可应用于低数据业务量网络中.     

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。     

水声多径信道多普勒因子精确估计方法

由水下平台运动导致的多普勒效应是影响高数据率水声通信性能的主要因素,现有多普勒估计方法在复杂水声多径信道条件下估计精度急剧下降。针对此问题,提出了一种可自动匹配水声多径信道的精确多普勒频移估计方法。仿真结果表明：该方法可显著提高水声多径信道的多普勒频移估计精度,信道适应性强,在信噪比大于-5 dB时,估计精度始终保持在10^-4左右,满足高数据率水声通信对多普勒因子估计精度的要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于Chebyshev混沌序列的正交宽带调制解调方法

针对常规的相干解调和非相干解调在水声信道通信中可靠性差的问题,文中提出了一种基于Chebyshev混沌序列的正交宽带调制解调方法。该方法基于海洋水声信道环境与传播特点,采用统计特性接近环境噪声且具有尖锐自相关、宽带特性的Chebyshev混沌序列作为信息载体和同步信号,并利用欧氏距离分类器对接收信号进行非相干分类判决解调。该方法可有效抑制水声信道因多途传播而引起的频率选择性衰落和码间干扰,从而更好地实现低信噪比条件下可靠水声通信。仿真实验证明,在-10 dB以上信噪比环境下,文中所提通信方法在具有多途效应的水声信道上具有良好的通信性能。