水下声光通信网集中式资源调度算法的研究

摘要

随着在海洋工程中发挥作用的日益重要，水下通信技术的研究受到世界各国的关注，并得到了迅猛发展。目前，水下环境中的通信技术主要是水声通信技术，但是水声信号传播时延大、水声信道带宽窄等特性，会导致水声通信技术应用到视频等大数据传输时受到限制。研究人员尝试以可见光通信作为水下通信的补充，借助蓝、绿可见光通信实现水下高速数据传输，但是严重的信道传输损耗限制了蓝、绿可见光通信只适用于较短距离的通信。水下声光通信网结合了水声通信和水下光通信两种通信方式，充分发挥两种通信方式各自的优点，从而提高网络整体性能。水下无线通信网的吞吐量及可靠性与资源调度算法密切相关，且水下网络资源宝贵，因此对相应的网络资源调度算法的研究尤为重要。目前有关水下通信网资源调度的算法大多是针对水声通信网设计的，而新型的水下声光通信网络与传统的水声通信网不同，其网络节点能够根据通信环境条件选择水声通信或者水下光通信，因此现有的资源调度算法不能够直接应用到水下声光通信网络中，水下声光通信网资源调度算法的研究具有重要的研究意义。
　　本文首先研究了水下通信网及其集中式资源调度算法。其次，研究了水声信道和水下可见光传输信道的特点，在NS2网络仿真软件中增加了水声通信模块和水下可见光通信模块，并验证了模块的正确性。第三，进一步在NS2软件中对水下无线节点添加多接口支持模块，使其能够支持水声通信和水下可见光通信两种通信方式，为水下声光通信网络的资源调度算法提供了研究基础。最后，针对现有的水下声光通信网集中式资源调度算法存在的不足，基于星型网络拓扑结构提出了两种资源调度算法:首先，利用水下声光通信网的特点，以最大化信道利用率为目的提出了网络吞吐量最大化调度算法，其次，为了保证节点发送数据的公平性，在保证吞吐量最大化基础之上提出了公平性调度算法，并利用NS2仿真软件对两种调度算法进行仿真，仿真结果表明了本文提出的调度算法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 水下通信网研究现状

1．2．2 水下资源调度算法发展现状

1．3 本文研究的主要内容及安排

1．4 本章小结

第2章 水下通信网概述

2．1 水声通信网的特点

2．2 水声信道的影响因素

2．2．1 传播速度

2．2．2 传播损耗

2．2．3 环境噪声

2．2．4 接收端信噪比

2．3 水下光通信网的特点

2．4 水下光通信影响因素

2．4．1 散射效应

2．4．2 吸收效应

2．4．3 传输损耗

2．4．4 全向接收的接收功率

2．4．5 定向接收的接收功率

2．5 本章小结

第3章 水下仿真平台的搭建

3．1 NS2仿真软件介绍

3．1．1 NS2基本原理

3．1．2 NS2基本组件

3．1．3 NS2仿真流程

3．2 水声通信仿真平台

3．2．1 水声通信平台的搭建

3．2．2 水声环境平台的验证

3．3 水下光通信仿真平台

3．3．1 水下光通信平台的搭建

3．3．2 水下光通信平台的验证

3．4 水下声光通信模块

3．4．1 水下声光通信网络的特点

3．4．2 水下声光通信网络的模型实现

3．5 本章小结

第4章 水下声光通信网的集中式资源调度算法

4．1 水下声光通信网结构模型

4．1．1 水下声光通信网框架

4．1．2 水下声光通信单元通信流程

4．2 吞吐量最大化调度算法

4．2．1 吞吐量最大化调度算法的提出

4．2．2 吞吐量调度算法的实现

4．3 公平性调度算法

4．3．1 公平性调度算法的提出

4．3．2 公平性调度算法实现

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 主要工作与研究成果

5．2 未来研究方向

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介