一种协作自适应的水下传感器网络多信道MAC协议

摘要

随着无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSNs)和水声通信技术的发展，水下传感器网络(Underwater sensor acoustic networks, UWSNs)广泛应用于海洋勘测、军事管理和环境保护等各个领域。介质访问控制(Medium access control, MAC)协议作为UWSNs的重要组成部分，逐渐受到科研人员的重视。随着水声技术的发展，UWSNs实现了多信道通信，数据在多个信道上并行传输，提高了网络性能。然而UWSNs中水声通信具有时延长、带宽利用率低等特点，使得高效可靠的MAC协议设计面临更多的问题。除此之外，多信道收发设备昂贵以及三重隐藏终端问题也为基于单收发器的UWSNs多信道MAC协议设计带来了诸多挑战。
　　针对水下长时延、低带宽以及三重隐藏终端问题，本文提出一种协作自适应的水下传感器网络多信道MAC协议(Collaborative self-adaption MAC,CSA-MAC)。本协议利用邻居节点之间的协作信息进行碰撞检测，解决了水下多信道环境中的三重隐藏终端问题，降低了碰撞率；同时考虑到数据包长对重传时延的影响、网络负载情况对碰撞率的影响，通过自适应的动态信道协商策略，针对不同的数据包长和网络负载情况，动态的选择适合的信道协商策略，降低了端到端时延，提高了带宽利用率和吞吐量。
　　本文通过NS-3仿真工具对提出的CSA-MAC协议进行仿真实验，并与现有的水下多信道MAC协议进行对比，证明了本协议在保证较低能量消耗同时，降低了端到端时延，提高了吞吐量，并使网络具有更高的可靠性和适应性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 相关理论与技术

2.1 UWSNs的特点及体系结构

2.2 MAC协议设计目标及难点

2.3 UWSNs多信道MAC协议分类

2.4 本章小结

第3章 CSA-MAC协议

3.1 系统模型及协议概述

3.2 基于协作修正的握手过程

3.3 动态信道协商策略

3.4 CSA-MAC协议实现与分析

3.5 本章小结

第4章 CSA-MAC协议仿真分析

4.1 网络仿真平台NS-3

4.2 CSA-MAC协议仿真实现

4.3 CSA-MAC仿真性能对比分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢