基于能量高效的水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議優(yōu)化.pdf

1、不同于依靠單個(gè)傳感器的水下信息獲取方式，網(wǎng)絡(luò)化的水下傳感器系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)靈活、成本低廉、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，成為了世界各國(guó)對(duì)水下信息獲取的研究熱點(diǎn)。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的作用是控制節(jié)點(diǎn)接入水聲信道，是數(shù)據(jù)在信道上發(fā)送和接收的直接控制者，為網(wǎng)絡(luò)層等提供了快速、可靠的數(shù)據(jù)收發(fā)支持。因此，MAC協(xié)議感知并適應(yīng)水聲信道情況，對(duì)水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能起著決定性的作用。而水下復(fù)雜的信道環(huán)境，如高噪聲、窄帶寬、強(qiáng)多途和長(zhǎng)時(shí)延等，使得在水聲信道中許多常

2、用的MAC協(xié)議不能得到應(yīng)用。所以，水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，除了考慮常規(guī)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道特征以外，還要根據(jù)水下環(huán)境的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。水聲傳感器節(jié)點(diǎn)部署在海底使用電池供電來(lái)工作，所以不能使用太陽(yáng)能充電而且更換困難，因此在保證通信所需要的速率與誤碼率的前提下盡可能的對(duì)能量消耗進(jìn)行優(yōu)化是傳感器網(wǎng)絡(luò)考慮的重要因素。
　　圍繞這個(gè)主題，本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水下傳感器MAC協(xié)議性能進(jìn)行研究，針對(duì)MAC層存在的能量浪費(fèi)現(xiàn)象，以及水聲網(wǎng)絡(luò)中由于長(zhǎng)

3、且變的傳播時(shí)延而難以同步的問(wèn)題，提出了隨機(jī)喚醒的異步睡眠機(jī)制和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)功率控制的方法，來(lái)進(jìn)行能耗優(yōu)化。論文主要包括以下幾個(gè)方面的工作:
　　1.闡述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及MAC層協(xié)議節(jié)能方案的國(guó)內(nèi)外各高校或組織的最新研究進(jìn)展。
　　2.建立了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)通信能耗模型，為MAC層協(xié)議性能分析提供條件。介紹了水聲信道的特點(diǎn)，設(shè)定了水聲信道傳輸模型;分析了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和協(xié)議分層;對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信耗能建模，為本文的重

4、點(diǎn)——MAC層的能耗研究提供基礎(chǔ)。
　　3.對(duì)水下無(wú)線傳感器MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)及問(wèn)題進(jìn)行了介紹，指出了MAC層能量消耗的原因。對(duì)現(xiàn)有的水下MAC層協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的研究，分析了不同類型的MAC協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　4.使用Matlab軟件對(duì)常用的MAC協(xié)議網(wǎng)絡(luò)性能和能量消耗進(jìn)行仿真分析。
　　5.根據(jù)MAC協(xié)議在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的性能，基于MACA協(xié)議提出了一種基于睡眠機(jī)制和功率控制的能量?jī)?yōu)化方案。
　　本文的創(chuàng)新