長時延網(wǎng)絡的同步及MAC協(xié)議研究.pdf

1、隨著人類文明的不斷發(fā)展,陸地資源的局限性已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)。世界上的許多強國都開始將戰(zhàn)略重心轉向海洋勘測開發(fā)和深空探測等領域,但是這兩個區(qū)域的無線通信環(huán)境與陸地都有一定的區(qū)別。它們的一個共同點就是具有較大的傳播時延,常規(guī)的無線通信算法大多無法直接應用于長時延通信的場景。本文主要以水聲傳感器網(wǎng)絡為例對長時延網(wǎng)絡的時間同步和同步MAC協(xié)議進行分析與研究。
　　首先,本文提出了一種基于偵聽的改進型多跳水聲傳感器網(wǎng)絡時間同步算法IMSUAN,并

2、對該算法偵聽的有效性進行了數(shù)學證明。IMSUAN算法改進主要有三處,分別是時間同步樹的建立機制、時間戳數(shù)據(jù)包的監(jiān)聽機制以及監(jiān)聽數(shù)據(jù)包的過濾機制。我們在OPNET仿真平臺上對IMSUAN算法進行了仿真實現(xiàn),得到了算法的時間同步精度、穩(wěn)定性及同步開銷的仿真結果。結果顯示,IMSUAN同步算法的同步精度比改進前的MSUAN算法有約40％的提升。
　　其次,本文基于IMSUAN算法的時間同步精度與開銷,同時考慮了水下網(wǎng)絡的傳播時延抖動,對

3、水下傳感器網(wǎng)絡 TDMA協(xié)議的保護時間間隔進行了數(shù)學建模及分析。然后,在此數(shù)學分析的基礎上,設計了一種靜態(tài)的基于時空特性的TDMA協(xié)議,進而加入動態(tài)的接入機制,形成一種基于時空特性的動態(tài)TDMA接入?yún)f(xié)議。我們在OPNET仿真平臺上對這兩種TDMA協(xié)議與傳統(tǒng)的TDMA協(xié)議以及不需要網(wǎng)絡同步的異步握手MACAU協(xié)議進行了仿真對比分析,結果表明該動態(tài)的TDMA協(xié)議在不同數(shù)據(jù)源負載情況下具有更大的網(wǎng)絡吞吐量和更小的端到端時延。
　　最后,

4、本文將單跳的TDMA協(xié)議推廣到多跳的水聲傳感器網(wǎng)絡中,由IMSUAN算法的同步精度及開銷分析結果,對多跳TDMA協(xié)議的保護時間間隔進行了計算分析,并設計了一種多跳的水聲傳感器網(wǎng)絡TDMA協(xié)議。然后,在此協(xié)議中加入了一種依據(jù)節(jié)點流量的動態(tài)時隙分配機制,提出一種動態(tài)多跳TDMA協(xié)議。我們在OPNET仿真平臺中對動態(tài)多跳TDMA協(xié)議、靜態(tài)多跳TDMA協(xié)議以及異步握手的MACAU協(xié)議進行了仿真對比,分析了在不同的數(shù)據(jù)源類型時三種協(xié)議的網(wǎng)絡性能。