跨层协作的水下无线传感器网络数据通信方法研究

论文摘要

随着世界各国对海洋信息需求的日益增长，人们开始把关注点越来越多的投注到水下无线传感器网络的相关研究上。水下无线传感器网络是水下传感器网络和水下机器人的结合，具体是指将低能耗、短通信距离的水下传感器节点部署到指定海域，利用节点的自组织能力自动建立起网络。网络中的节点利用传感器实时监测、采集网络分布区域内的各种监测信息，经数据融合等信息处理后，通过具有远距离传输能力的水下节点将实时监测信息送到水面基站，然后通过近岸基站或卫星将实时信息传递给用户。现有的水下无线传感器网络的研究沿用了传统传感器技术的分层方式。这虽然降低了研究的难度，但各层的优化设计并不能保证整个网络的设计最优。跨层设计正可以克服分层方式带来的缺陷。其目标就是实现逻辑上并不相邻的协议层次间的设计互动与性能平衡。在物理层、数据链路层和网络层上进行跨层综合设计可以进行性能的平衡，减少控制信号的传送，从而达到最大化节省能量，延长网络生存期，这对于水下无线传感器网络尤为重要。论文结合水下通信特点，采用跨层设计的理念，对物理层、调制和FEC、MAC和路由的交互进行综合考虑。以已有无线传感器网络中的研究作为基础，结合物理层的工作特点，综合考虑数据链路层和网络层的功能和特点、对跨层协作进行研究，制定合适的水声通信网络协议，提出跨层链接传输算法CLLT和跨层链接优化算法CLLO，让稀少的可用资源尽可能得到充分、有效利用。仿真实验结果表明，跨层协作的数据通信方法对于水下无线传感器网络是合适的。论文提出的算法CLLT和CLLO不仅提高了系统资源的利用率、网络的吞吐量，而且具有较好的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 相关理论及技术
• 2.1 水下无线传感器网络的拓扑结构
• 2.1.1 静态二维水下传感器网络
• 2.1.2 静态三维水下传感器网络
• 2.1.3 具有 AUV 的三维水下传感器网络
• 2.2 水下无线传感器网络的路由协议
• 2.2.1 数据融合
• 2.2.2 能量有效
• 2.2.3 分簇算法
• 2.3 跨层网络设计
• 2.3.1 跨层设计的定义
• 2.3.2 跨层设计方法的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 三维水下无线传感器网络协同模型
• 3.1 存在问题
• 3.2 三维水下无线传感器网络协同模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 跨层协作的数据通信方法
• 4.1 问题描述
• 4.2 跨层协作通信方法
• 4.2.1 应用分类
• 4.2.2 物理层功能
• 4.2.3 调制和 FEC 的交互
• 4.2.4 MAC 和路由的交互
• 4.2.5 协议操作
• 4.3 本章小结
• 第5章 仿真实验及结果分析
• 5.1 实验环境
• 5.2 实验及结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢