水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的性能研究.pdf

1、隨著人類資源需求的日益增加而陸地資源的逐漸減少，日臻完善的水聲通信技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促使了可用于海洋勘探的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，由于其在軍事和民用上具有廣闊的應(yīng)用前景，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸受到世界各國(guó)的關(guān)注。由于水下環(huán)境與陸地有較大差異，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)不能直接使用現(xiàn)有的針對(duì)陸上傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的協(xié)議。另外，水聲信道的傳輸速率低、有效帶寬窄、信號(hào)衰減大、多徑干擾嚴(yán)重等特性，使得水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議設(shè)計(jì)更加困難。
　　本文首先研究了水聲

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，然后依據(jù)水聲信道的各種特性，在網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2中添加了水聲仿真平臺(tái)。根據(jù)現(xiàn)有的競(jìng)爭(zhēng)型MAC協(xié)議，編寫(xiě)了純ALOHA、時(shí)隙ALOHA、非堅(jiān)持CSMA和1-堅(jiān)持CSMA等協(xié)議代碼，比較了它們和IEEE802.11在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中的平均傳輸時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和平均到達(dá)率等性能。結(jié)果表明競(jìng)爭(zhēng)型MAC協(xié)議為了減少數(shù)據(jù)碰撞概率而采用的握手機(jī)制、物理載波偵聽(tīng)、虛擬載波偵聽(tīng)及數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙化等措施在路徑傳播時(shí)延較大的水下環(huán)境中性能較差

3、，并且節(jié)點(diǎn)需要一直處于偵聽(tīng)狀態(tài)，消耗能量較多，這對(duì)于能源受限的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)并不適合。
　　由于為水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議首要考慮的是節(jié)省能耗，本文接著研究了帶有睡眠機(jī)制的S-MAC協(xié)議，并將其添加到水下環(huán)境中。分析了其在水下環(huán)境中存在的調(diào)度不同步和能量浪費(fèi)等問(wèn)題，并從節(jié)能方面出發(fā)，改進(jìn)了廣播調(diào)度接收機(jī)制，增加了睡眠，提出了更加節(jié)能的E-MAC協(xié)議。通過(guò)相同的仿真場(chǎng)景，對(duì)E-MAC與S-MAC進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較了它們的網(wǎng)