基于Aqua-Sim的水声传感器网络MAC层协议分析

分析了水声传感器网络中MAC层协议的特点和分类.利用基于NS2的Aqua-Sim水声网络仿真模拟软件仿真了Broadcast MAC协议和R-MAC协议在五个节点的集中式拓扑结构的水声传感器网络中的传输过程,分析比较了两种协议在平均数据包延时、平均能量消耗以及平均吞吐量上的异同.得出在集中式拓扑结构的水声传感器子网中,Broadcast MAC协议更适合于要求较高吞吐量的应用环境,而R-MAC协议更适合于在能量消耗方面有严格要求的应用环境.     

LDPC码在基于FH-FSK的AUV水声通信系统中的应用

水声信道严重的多途干扰和频率选择性衰落,将增加水声FH-FSK系统的平均误码率.此外,由于自主式水下交通工具(AUV)平台的运动特性,接收信号易产生时间选择性衰落,在接收端产生成串的突发错误甚至导致通信的中断.以上两方面因素将降低移动FH-FSK系统的可靠性,针对此问题,将多元低密度奇偶校验(LDPC)码与FH-FSK系统相结合,提出了一种基于多元LDPC码的水声FH-FSK系统.对比了基于二元LDPC码的FH-FSK系统与基于卷积码的FH-FSK系统的抗干扰性能,实验结果表明:前者具有更强的抗干扰能力.对比了基于多元LDPC码的FH-FSK系统与基于二元LDPC码的FH-FSK系统,仿真与实验结果表明:基于多元LDPC码的FH-FSK系统具有更强的抗干扰能力,可以进一步提高FH-FSK系统的可靠性.     

面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法

为解决面向海洋监测应用的大规模水声传感器网络的节点定位问题,首先,采用整数线性规划理论,提出了多目标约束的水面网关优化部署策略;其次,针对水声传感器网络不同节点的特点,设计不同的定位方案,提出了有预测性的水声传感器网络节点部署算法。仿真实验验证了该方法的可行性与有效性,结果表明,该算法能明显提升节点的定位范围,降低通信能耗,减小定位误差,为水声传感器网络的海洋大规模部署提供相应技术指导。     

三维网络拓扑结构的水声传感器网络MAC协议

水声传感器网络Underwater Acoustic Sensor Network(UWASN)由于其广阔的应用前景,近年来逐渐被人们关注。然而由于水下环境的限制性,水声传感器网络具有其一些独特性。例如,与二维的陆地传感器网络不同,水声传感器网络是三维的。如今,现有的介质访问控制Medium Access Control(MAC)协议大多是针对二维无线传感网络,很少有基于三维水声传感器网络的 MAC 协议。针对水下三维网络,提出了基于三维网络拓扑结构的水声传感器网络 MAC 协议。该协议将网络中的节点生成树结构,并利用子节点与父节点之间的关系,通过动态节点算法实现三维动态的水声传感器网络。此外,详细分析了节点间的碰撞并有效解决各种碰撞,从而大大提高了信道利用率。通过仿真软件对比不同协议在同一网络拓扑中的实验结果,证实文中协议能够有效节约大量能源。     

能量平衡和延迟约束的水声网络路由协议

水声网络路由协议是水声网络研究的一个热点问题。水声网络路由协议面临着节点能量有限、带宽窄、高传播延迟等的限制。本文从能量和延迟角度出发,设计了一种能量平衡和延迟约束的路由协议。该协议通过感知周边节点能量和负载,使得节点在选择转发节点时尽量选择剩余能量高的节点,同时在网络负载较高时能有效避开网络拥塞区域,从而在能量均衡的同时降低数据包的端到端延迟。     

分层海洋中求取本征声线数值方法研究

对分层海洋中本征声线的求取方法进行了改进.在本征声线模型基础上,分别利用二分法、单点弦截法对初始掠射角进行了精确计算和分析,结果表明,单点弦截法在保证精度的基础上节省了计算时间.计算结果可以为分层海洋本征声线建模提供理论依据.     

基于正交小波变换的超指数迭代联合盲均衡算法

为了克服超指数迭代盲均衡算法稳态误差大、不能纠正相位旋转的问题,在分析正交小波变换理论和超指数迭代盲均衡算法的基础上,利用正交小波变换对SEI算法的权向量迭代公式进行修正,同时引入一阶锁相环(PLL)技术,并将其以软切换的方式与判决引导算法相结合,得到一种基于正交小波变换的超指数迭代联合盲均衡算法.该算法利用正交小波变换良好的去相关性,来加快收敛速度,利用PLL技术来快速纠正相位旋转,并用其来初始化判决引导算法,有效地减小了稳态误差.水声信道的仿真结果验证了算法的有效性.     

水下仿真中声信号可视化研究

为满足水声对抗视景仿真中水声信号的实时可视化需求,基于OpenGL三维图形编程语言和多线程技术,实现了对水声信号类型、频谱的嵌入和单独窗口的绘制;根据正方形均匀平面阵接收波束旋转对称的结构,提出水平切分的方法,利用GL的二次几何体"Cylinder"实现了对其波束的绘制,并对波束增益、功率、状态等参数进行了可视化映射,然后用GL的显示列表进行了优化;俯视图中通过适当可视化映射,实现了搜索扇面的绘制.最后将其嵌入到利用OpenGVS 搭建的多通道水声对抗视景仿真环境中,实现了在视景中的实时同步显示.     

水声CDMA多用户通信系统仿真研究

针对水声环境通信系统码间干扰和相位偏移问题是水下多用户通信面临的主要问题,水下有限的发射功率使接收机对远距离用户信号的接收性能较低。提出了一种水声码分多址多用户通信系统,系统采用多输入多输出(M IMO)判决反馈均衡器补偿码间干扰、抑制多址干扰,同时利用扩频增益提高接收性能并进行仿真验证。计算机仿真结果表明,当扩频码长度为15、输入信噪比为16dB、远距离用户信号功率比近距离用户低14dB时,接收机能够对各用户信号无误码地接收,证明了系统的有效性。     

基于小波核SVM的水声信道盲均衡算法

推导并提出了一种快速收敛的基于小波核支持向量机的恒模盲均衡器(WSVM-CMBE)。该方法以支持向量机为框架,利用信号的恒模特性构造代价函数,采用小波核函数,并自适应调整核函数中的伸缩因子。通过水声信道仿真实验,并与采用高斯核函数的支持向量机恒模盲均衡器(SVM-CMBE)进行比较,结果证明该方法提高了收敛速度。