水声通信网MAC层协议分析与仿真

利用OPNET软件进行了水声通信网的仿真试验,比较了两类MAC层协议-ALOHA及CSMA/CA协议在树形拓扑结构下的网络性能。仿真结果表明:在水声环境中ALOHA协议的性能要好于CSMA/CA,两者皆可以应用于低负载网络中。     

基于OPNET的分布式协议攻击的性能研究

目前,对水声网络协议干扰和攻击的研究大多采用单个节点的攻击方法。在此基础上,为提升攻击性能,研究了分布式协议攻击方法。通过OPNET仿真软件构建水声网络模型,采用不同的协议攻击方法对目标水声网络进行攻击仿真研究,包括单节点工作方式和多节点的分布式协议攻击。比较了不同的工作方式达到的干扰效果以及不同协议攻击方法的分布式攻击工作方式的干扰效果。结果表明,采用分布式协议攻击工作方式,在其他条件相同的情况下,目标网络吞吐量比单节点攻击工作方式多下降了5%以上,对水声网络的干扰效果更佳。     

一种吞吐量稳定能量节省的MAC协议

数据链路层协议是水声通信网研究的一个重要内容。海洋水声信道的传输条件十分恶劣,是一个随时空频变、强多径干扰、长传输时延、高环境噪声、可用带宽非常有限的信道。传统的无线电网络协议不能直接应用于水声环境中。T-Lohi是为分布式、短距离、密集型网络设计的一种数据链路层协议。它采用唤醒信号来进行信道的预约,防止数据的碰撞。理论分析和仿真结果表明,对于分布式、短距离、密集型网络,T-Lohi能提供吞吐量稳定、能量利用率高的网络服务。     

浅海水声信道中QC-LDPC码性能研究

针对大起伏、强多途、窄带宽的浅海水声信道需采用码长短、性能好、易于实时处理的信道纠错码技术才能提高水声通信系统可靠性的问题,提出了准循环低密度奇偶校验( QC-LDPC)码作为浅海水声信道的信道纠错编码方案.建立了QC-LDPC码在水声信道中的仿真模型,采用BP译码算法,在典型3径浅海水声信道中就码率、围长等参数对误码...     

多跳式水声通信网络数据链路层协议研究

结合水声环境的特点，对具有多跳式传输路径、对等式节点和不规则拓扑等特点的水声网络数据链路层（即MAC层）进行了理论和仿真研究。从吞吐量、延迟、丢包率和能效四个方面分析比较了改进的ALOHA和MACAW协议在多跳式水声网络中的性能。并提出了在实用网络中需要遵循的一些基本的设计原则和对协议的进一步改进有益的建议。     

区域性海洋观测水声通信网数据链路层研究

简要介绍了水声通信网的研究现状以及常用的组网方式,比较了几种可实际应用的数据链路层协议,在此基础上提出了一种适用于区域性海洋观测的混合型网络协议,进行了仿真研究。该协议通过记录网络中数据包的发送频率来动态地调整所使用的MAC（Media Access Control）协议,当频率较高时选择查询方式的MAC协议,减少数据包的冲突;当频率较低时选择MACAW（Media Access with Collision Avoidance for Wireless）,避免查询信号带来的额外开销。仿真结果表明,对于区域性海洋观测,这种包产生速率低,但可能出现短时间通信量大的应用情况,该协议可以有效地降低每bit的能耗,适用于长时间海洋观测。     

一种基于CSMA/CA的水声网络功率控制MAC协议

水声通信网络在资源勘探、灾害预报、环境监测等方面有广阔的应用前景。由于水声通信环境传播延迟高、带宽窄,TDMA、FDMA等多址接入方式的应用受到了限制,因此在水声网络中一般采用随机接入的方式。CSMA／CA是一种得到广泛应用的多址接入协议。在CSMA／CA协议的基础上,设计了一种适用于水声网络的功率控制MAC协议-PC-CSMA／CA协议。PC-CSMA／CA协议利用CSMA／CA进行RTS／CTS预约的特点,进行数据包传输的自适应功率调整,在不影响CSMA／CA协议的性能的同时节约了能量。仿真结果表明：改进后的协议大大减少了能量消耗,且不影响网络的吞吐量。     

一种浅海水声信道分数间隔自适应均衡算法研究

水声信道是最为复杂的数据通信环境之一,而具有重要军用和商用价值的浅海水声信道,其多径与频散效应更为严重。在浅海水声数字通信中,普遍存在着码间干扰和码内干扰效应,严重影响了水下通信的速度和质量。在判决反馈结构的基础上,采用分数的方法,提出了一种适用于浅海水声信道的自适应均衡算法,并通过计算机仿真实验与整数方法进行了性能对比。传输信号采用正交相移键控调制方式,以有效利用有限通信带宽。仿真结果表明,该算法获得了较快的收敛速度和较小的稳态误差,提高了水声通信的有效性及可靠性,因而具有良好的工程应用价值。     

延迟利用的多节点协同预约式水声网络MAC协议

水声网络媒体接入控制(Media Access Control,MAC)层为水声节点提供接入和冲突避免服务。由于水声信道面临着传播延迟高、带宽窄等困难,水声网络MAC协议的性能较低。文章在MACA-U协议的基础上,针对水声网络传播延迟高的特点,对信道预约的长等待时间进行利用,提出了一种RS-MACA协议。该协议在负载较低时与MACA-U协议兼容;在负载较高时,邻近节点可采用"并行发送"的方式发送,显著提高了吞吐量性能。发射节点在信道预约等待时间内,同时接受符合条件的邻节点的发送预约,邻节点不需要消耗额外时间进行信道预约。完成预约的节点按照时隙进行数据发射,避免了数据包的碰撞。NS3软件仿真结果表明,与MACA-U协议相比,改进后的协议吞吐量性能有明显的提升。     

界面反射对信号频率估计的影响

将海洋信道看作是相干多途信道，使用以射线理论为基础的水声传播模型仿真研究了浅海界面反射对信号频率估计的影响。     

低频矢量声场建模及其应用研究

浅海近距离矢量声场携带了丰富的信息可以用来识别目标。采用射线理论对浅海低频矢量声场进行建模,并且分析了该模型在浅海或深海低频时的适用性。经过与波动理论的比较,说明该模型仅是矢量声场传播损失的简单近似。通过分析浅海声压场的特性,提出了一种目标运动参数估计的方法,海试数据分析说明了其有效性。近距离目标辐射的低频宽带噪声通过浅海声场后,在LOFAR图上形成双曲线干涉条纹。运用图像处理中边缘提取的常用方法——Hough变换,提取双曲线参数,可以得到运动目标的航速、航深及距离的信息。     

水声通信与水声网络的发展与应用

水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一,其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征,使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求,面临极大的技术挑战。介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状,分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术,包括调制、解调技术和信号检测技术;介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。最后简要介绍美国Teledyne Benthos公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。     

声场计算模型的环境宽容性分析

浅海水声环境容易受到各种因素的影响,导致其环境参数具有很强的不确定性,依据环境宽容性选择快速、精确的声场计算模型是保证后续研究分析正确性的重要前提。以海水声速为例,简述了基于传播损失和声场互相关系数的计算模型环境宽容性分析方法。为定量描述环境和声场计算模型的失配情况,在研究浅海不确定环境对于声场空间相关性影响的基础上,结合水声环境不确定性推理模型,得到声场空间相关半径和传播损失概率分布可信区间,提出利用声场空间相关半径相对值来度量声场计算模型的环境宽容性,同时利用非嵌入式随机多项式展开(NON-Polynomial Chaos Expansion, NPCE)法,结合差值评定方法对得到的环境宽容区间进行验证,结果表明,利用声场相关半径相对值可以定量分析不确定性环境下声场计算模型的宽容性。     

ECO-BAT: A New Routing Protocol for Energy Consumption Optimization Based on BAT Algorithm in WSN

Wireless sensor network (WSN) has been widely used due to its vast range of applications. The energy problem is one of the important problems influencing the complete application. Sensor nodes use very small batteries as a power source and replacing them is not an easy task. With this restriction, the sensor nodes must conserve their energy and extend the network lifetime as long as possible. Also, these limits motivate much of the research to suggest solutions in all layers of the protocol stack to save energy. So, energy management efficiency becomes a key requirement in WSN design. The efficiency of these networks is highly dependent on routing protocols directly affecting the network lifetime. Clustering is one of the most popular techniques preferred in routing operations. In this work we propose a novel energy-efficient protocol for WSN based on a bat algorithm called ECO-BAT (Energy Consumption Optimization with BAT algorithm for WSN) to prolong the network lifetime. We use an objective function that generates an optimal number of sensor clusters with cluster heads (CH) to minimize energy consumption. The performance of the proposed approach is compared with Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) and Energy Efficient cluster formation in wireless sensor networks based on the Multi-Objective Bat algorithm (EEMOB) protocols. The results obtained are interesting in terms of energy-saving and prolongation of the network lifetime.     

用频移补偿方法计算声场的波导不变量

基于提高声场水平纵向相关的频移补偿方法,提出了一种声场波导不变量的计算方法。该方法简单易行,只需处理具有一定纵向间隔的两个水听器接收的信号。该方法通过将波导不变量设定在一定范围内进行搜索,最终选取波导不变量的值为使两个水听器所接收声信号的经频移补偿后的空间相关系数取最大值时对应的数值。浅海声学实验结果表明,利用该方法能实现声场波导不变量的准确估算。实验结果中所得出的波导不变量值随频率的变化特性及相应的理论分析都表明,在频率较低时频率对浅海声场波导不变量的取值有一定影响,因此波导不变量并不是不变的。     

结构在浅水中的振动和声辐射特性研究

建立了浅水域声学边界元方程和相应的有限元／边界元流固耦合振动方程，探讨了水深对结构振动固有频率、振动响应和声辐射的影响。研究结果表明：水深变化对结构固有频率有影响，随着水深减小，结构固有频率降低，特别是当水深与结构浸深接近时，各阶固有频率大大降低，且振型顺序也可能发生变化；水深变化对结构振动响应和声辐射均有影响，其中对声辐射特性的影响较为复杂，即使水深超过结构浸深的10倍，水深变化也会影响到结构的声辐射功率级。