水下传感器网络MAC协议研究

集合了计算机技术、微电子技术和通信技术的水下传感器网络是一门新兴的技术。如今,水下传感器网络应用越来越广泛,随之,对它的研究也越来越多。水下通信环境和水声通信的特殊性,对MAC协议的设计影响很大。本文主要介绍了水声通信的特点以及其对MAC协议设计的影响,并简要介绍和比较了几个MAC协议。     

生物友好的认知水声网络路由协议

针对海洋生物与传感器节点共用水声信道、生物占用信道使传统水下路由机制失效的问题,提出了水声网络跨层认知决策机制,设计了生物友好的认知水声网络路由协议。该协议将海洋生物作为主用户,确定生物-节点干扰区域,支持信号定向发送并且采用绕路策略避免对海洋生物的干扰。实验结果表明,与经典的矢量转发路由、多跳矢量转发路由等水下路由协议相比,新协议下的数据包投递率分别提高了52.6%和22.5%,节点的能量消耗分别降低了40.4%和56.8%,端到端的延时性能有了较大改善,解决了传统路由机制中仅通过传感器节点间的优化实现最短路由路径而没有考虑生物使建立的路由路径失效的问题。     

一种用于水声通信网的多址接入协议

海洋信息获取、环境监测、海岸防御等各种应用都迫切需要研究开发高效可靠的水声通信网.针对水声信道条件恶劣、频带受限的特点,提出了一种基于RTS/CTS的多信道接入协议,该协议利用公用码字进行RTS-CTS交换实现业务信道的预约,提高了网络效率.仿真实验结果表明,该协议具有较好的网络性能.     

一种用于水声通信网的多址接入协议

海洋信息获取、环境监测、海岸防御等各种应用都迫切需要研究开发高效可靠的水声通信网.针对水声信道条件恶劣、频带受限的特点,提出了一种基于RTS/CTS的多信道接入协议,该协议利用公用码字进行RTS-CTS交换实现业务信道的预约,提高了网络效率.仿真实验结果表明,该协议具有较好的网络性能.     

水下传感器网络拓扑研究

水下传感器网络是一种新型的水下通讯系统。不同于陆地传感器网络,由于受到水下环境和水声通讯等限制条件制约,水下节点的部署也更加复杂。合理的拓扑结构能有效延长网络生命周期、节约节点资源、降低通讯干扰,能够提高路由协议和MAC协议的效率,为数据融合、时间同步和目标定位提供支持。本文分析总结了现有的水下传感器网络拓41、控制策略和关键技术,针对水下传感器网络广泛应用的分簇策略进行了分析和研究。     

基于ALOHA多址协议的水声传感器网络仿真研究

在水声信道长时延扩展、强多径干扰、强烈随机时-空-频变等恶劣传输条件下设计水声传感器网络多址协议是一项挑战性极大的任务.本文对ALOHA多址协议下水声传感器网络的性能进行仿真研究,首先利用网络仿真软件Opnet建立了ALOHA水声传感器网络模型,并分析了节点数目、数据包产生的平均间隔、数据包帧长等网络参数对网络性能的影响.仿真实验结果表明:根据负载、节点数等网络参数对数据包帧长进行适当设置,将可优化ALOHA网络的吞吐性能.     

基于增强学习的非均匀分簇水声传感器网络能耗研究

近年来,水声传感器网络越来越成为研究的热点,但由于水下环境复杂多变,导致网络中能量消耗不均的问题.针对此问题提出了一种基于增强学习的非均匀分簇的水声传感器网络路径优化算法.该算法首先根据水声传感器网络中节点的深度和剩余能量把传感器节点分成大小不同的簇;然后根据节点的综合属性值选出最佳簇头;最后在数据传输阶段利用增强学习和ε-greedy策略对簇间的传输路径进行决策和学习,寻找最优路由.实验结果表明:本文方法可以有效均衡能耗,并延长网络寿命.     

基于水声网络的FAMA协议仿真研究

浅海水声信道的快衰落、长延时给水声网络媒介访问控制(MAC)层协议的设计和性能带来了较大的负面影响.为了提升MAC协议的吞吐量、时延等性能,着重对FAMA(Floor acquisition multiple access)协议进行了分析,并以通信网络仿真工具OPNET为仿真平台,得出该协议在吞吐量、时延和能量损耗三方面的性能结果.与目前水声网络主要采用的冲突避免多址接入(MACA)协议的仿真结果相比,FAMA协议能够取得较好的吞吐量和时延性能.     

可编程路由器的虚拟化技术研究

可编程虚拟化路由器作为构建未来网络试验床的核心设备,在针对未来网络的体系架构以及相关协议、算法的性能进行评估和实验验证时将发挥关键作用.分析了可编程虚拟化路由器基本概念及其特性,对可编程路由器的整体框架结构进行了划分,并对各个层次结构的功能进行了详细描述.给出了一种基于NetFPGA的可编程虚拟化路由器的设计方案,并对路由器的虚拟化技术进行了研究论述.     

基于NS的DT-MSN实验床设计和实现

容延迟移动传感器网络（DT-MSN）是新出现的一种网络模型,是指部署在多个移动物体上的传感器所组成的网络,由于节点移动性和稀疏的网络密度,使得它的网络连接以一定概率存在,这使得基于TCP/IP分层协议的NS仿真平台不能对DTMSN进行较好地仿真.我们首先分析了传统TCP/IP分层协议不能用于DTMSN的原因,再结合DTMSN特点和数据传输机制,设计了一个基于NS的DTMSN实验床,最后对NS平台作了一定修改,实现了该实验床.     

水声通信信道中的OPNET建模与仿真

针对水声通信网络信道的实现开销大、复杂性高的特点,提出了一种能够仿真分析水声通信网络的有效方法.该方法分别使用OPNET中的Propagation-Delay-Stage,Receiver-Power-Stage和Background-Noise-Stage三个工具来仿真水声信道中的传播延迟、发射机功率和水声噪声(水声噪声包括紊流、船运、风波和热噪声).其中,Propagation-Delay-Stage采用MacKenzie速度模型;Receiver-Power-Stage中有Thorp,Schulkin&Marsh和Francois&Garrison 3种传播损失模型.在该方法中,首先仿真比较了取不同传播损失模型时的水声信道,然后根据仿真结果选择一个合适的水声信道,并采用MACAW协议来仿真水声通信网络.最后,通过仿真实验对整个水声通信网络的吞吐量、误码率、丢包率进行了分析.实验结果表明,采用该方法能够有效地仿真水声通信网络.     

Aloha-LPD:一种用于水声通信网的MAC协议

为了减小长传播延迟对水声通信网性能的影响,在传统Aloha协议的基础上,借鉴CSMA协议载波侦听的思想,提出了一种用于水声通信网的MAC协议Aloha-LPD.利用水声通信的长传播延迟,采用半双工的通信方式,增加节点等待ACK回复帧过程中接收数据帧的机制,使一个节点同时与多个节点无冲突地通信.通过OPNET建立仿真模型,分析结果表明,与传统Aloha协议和基于RTS/CTS握手的协议相比,Aloha-LPD协议能够提高网络吞吐量,减小网络的端到端延迟.水声传输信道的长延迟是水声通信网性能的一大瓶颈,但如果能合理利用,也能改善水声通信网的性能.     

不确定传播时延下的水声网络保护间隔设定

水下声波的传播时延及波动远大于无线电波,许多借鉴陆地无线电波通信网络原理设计的水声传感器网络协议未能充分考虑和利用水声传播及其时延变化特性.据此给出了时分多址协议中相继传输数据包的冲突模型,分析了保护间隔与簇头节点和传感器节点距离之间的关系,并给出了保护间隔的设置方法.理论分析和仿真表明,提出的保护间隔设定方法改善了传统保护间隔设置偏向保守的缺点,可有效提升水声传感器网络的性能和效率.     

网络实验床中的虚拟化技术研究综述

网络技术的研究和发展需要灵活、开放和便捷的测试环境,同时还要有充足的网络资源和计算能力来满足各种网络测试和研究的需求.虚拟化技术在网络实验床的应用有效的解决了上述问题,成为网络实验床领域的主要研究方向之一.网络实验床采用虚拟化技术进行实验资源管理,可以实现多实验的并发处理和隔离.首先介绍了网络实验床、虚拟化技术和SDN的概念,然后对传统网络虚拟化技术和SDN网络虚拟化分片技术进行了性能的分析,并且还对两类技术的特点从不同的维度进行了总结和归纳,重点分析了基于SDN网络的虚拟化分片机制,最后提出了未来网络实验床虚拟化技术发展的关键问题.     

水下传感器网络研究挑战与探索

水下传感器网络采用声波进行通信,具有长时延、低带宽、高错误率、低能耗要求和稀疏部署等技术挑战,使现有通信协议无法满足性能要求,节点的有限资源决定了其上运行的协议栈不能太复杂.文章阐述了水下传感网络的应用、通信特点,分析了传统协议架构在水下传感网络的局限性,指出:水下传感器网络需要研究一种新型的、绿色网络体系架构模型,基于该架构模型实现各层协议的优化设计,在满足QoS性能要求和系统有限资源的约束下,提高能量效率、延长网络生存期,实现绿色网络.     

无线传感器网络通信链路评估问题

研究了现有典型的无线传感器网络链路质量评估量度,针对单次RSSI,LQI的链路评估不准确问题,提出了均值RSSI,均值LQI链路评估方法;以MicaZ为实验平台,对无线传感器网络的通信链路进行了实验研究.在对大量采样值进行统计分析的基础上,提出了一个基于高斯分布的链路评估模型,并对模型进行了验证.该建模方法具有一般性,所建立的高斯链路评估模型既可为无线传感器网络的实际应用提供依据,又可为上层协议的仿真研究提供有价值的参考.     

水声通信网络信道建模与仿真研究进展

水声通信网络在海洋目标定位和导航、资源勘探和开发、环境感知和监测等领域有重要应用,其中水声信道特性研究及其建模与仿真是建立通信网络的基础,而目前水声通信网络中的信道建模与仿真尚未有公认的标准方法.因此,基于对水声信道传播特性的分析,探讨了典型水声信道特性给水声通信网络设计带来的挑战;对比了经验模型、声场模型、基于本征路径的多径信道模型和基于统计特性的时变信道模型等水声信道模型,仿真结果表明:水声信道结构的变化明显影响接收性能;阐述了基于水声信道特性的水声网络仿真工具和方法,分析了其特点;最后进行了总结,并展望了未来水声通信网络信道建模与仿真的发展方向.     

基于时间规划的水下无线传感网络MAC协议

针对水下无线传感器网络长传播时延、低带宽、时空不确定等特点,提出了一种基于时间规划的媒体接入控制(MAC)协议.该协议主要通过规划时间序列合理安排数据传输时机,以避免数据冲突的发生,并以数据队列的形式传输有效数据,使得在一个握手周期内可以完成多个数据的传输,从而提高了信道的利用率.最后通过NS2仿真实验表明,当网络负载较高时,该协议能较大程度地减少控制包开销,提高网络吞吐量.     

AODV路由协议在Linux上的设计与实现

目前自组织网络路由协议的研究主要是通过网络仿真软件.但是,网络仿真软件中的简单模型并不能精确地反映真实的网络环境.因此,路由协议性能的评估必须在真实的网络环境中进行.文章首先分析了自组网按需距离矢量路由协议(AODV),然后利用Linux操作系统网络过滤器和可加载模块的功能,给出了一种AODV路由协议的实现方案.最后,在Lmux操作系统上实现了AODV路由协议,并通过视频业务验证了方案的可行性.     

一种半实物通信网络仿真模型

分析、量化半实物网络仿真中通信包转换及其对通信性能的影响程度.设计基于OPNET的半实物网络仿真模型,分析模型中真实网络节点和虚拟网络节点的映射实现原理.通过ICMP协议包实验研究虚拟与真实网络之间数据包的转换过程及其网络仿真性能.结果表明,这种网络仿真模型可将真实网络和虚拟仿真网络模型有效结合,并具有较好的仿真性能.