水下传感器网络研究

第1章 水下传感器网络概述 1

1.1 水下传感器网络 1

1.2 水声通信的特点 2

1.3 水下传感器网络面临的问题与挑战 5

参考文献 6

第2章 Micro-ANP协议体系架构 7

2.1 传统协议架构在水下传感器网络的局限性 7

2.1.1 TCP/IP应用层在UWSN的应用局限 7

2.1.2 TCP/IP传输层在UWSN的应用局限性 10

2.1.3 TCP/IP网络层在UWSN的应用局限性 12

2.1.4 TCP/IP数据链路层在UWSN的应用局限性 13

2.1.5 TCP/IP物理层在UWSN的应用局限性 14

2.1.6 ZigBee协议栈在UWSN网络中的局限性分析 14

2.2 Micro-ANP协议体系架构 15

2.3 Micro-ANP包负载优化 18

2.4 水下网络模拟器与试验床 24

2.4.1 主流网络仿真器简介 25

2.4.2 UWSN模拟器发展现状及分析 27

2.4.3 基于模块化的UWSN模拟器平台设计 33

2.4.4 Aqua-Sim2性能评价 37

2.4.5 多功能水下网络试验床 40

2.5 基于NS2和Aqua-Sim的Micro-ANP架构模型仿真实现 44

2.5.1 NS2与Aqua-Sim仿真平台 44

2.5.2 Micro-ANP仿真中的结构定义 45

参考文献 51

第3章 水下传感器网络物理层 52

3.1 水声信道特性 52

3.1.1 水声信道衰减模型 52

3.1.2 水声信道时延及时延抖动 53

3.1.3 水声信道可用带宽 54

3.1.4 水声信道多径效应和多普勒效应 55

3.1.5 水声信道空间复用模型 55

3.2 水声通信技术 58

3.2.1 水声通信技术发展历史 58

3.2.2 相位相干水声通信的研究现状 60

3.2.3 多载波水声通信的研究现状 61

3.2.4 网络编码 68

3.2.5 水下网络网络编码面临挑战 70

3.3 水下认知声学网络 70

3.3.1 水下声学“系统” 72

3.3.2 水下频谱的不充分利用 72

3.3.3 频谱管理策略 73

3.3.4 环境感知 74

3.3.5 频谱共享 75

3.3.6 物理层参数重配置 75

3.3.7 UCAN面临挑战 76

3.4 Micro-ANP架构的物理层仿真实现 77

3.4.1 UnderwaterPropagation类 77

3.4.2 EnergyModel类 78

3.4.3 UnderwaterChannel类 80

3.4.4 UnderwaterPhy类 82

参考文献 89

第4章 MAC协议 93

4.1 MAC协议概述 93

4.2 SlottedFAMA 98

4.2.1 SlottedFAMA工作流程 99

4.2.2 S1ottedFAMA协议吞吐量分析 100

4.3 T-Lohi 101

4.4 UPC-MAC 103

4.4.1 UPC-MAC机制 103

4.4.2 功率控制算法 105

4.4.3 速率调整算法 106

4.5 多信道协议UMMAC 107

4.5.1 UMMAC机制 107

4.5.2 多信道隐蔽终端问题 110

4.5.3 联合信道分配与功率控制算法 111

4.6 SFM-MAC 112

4.6.1 SFM-MAC概述 112

4.6.2 SFM-MAC分析与讨论 114

4.7 基于CDMA和节点状态的MAC协议 117

4.7.1 传统的基于CDMA的MAC协议 117

4.7.2 基于状态的MAC协议 118

4.8 MAC协议在Micro-ANP下的仿真实现 125

4.8.1 MAC协议的相关结构与类 125

4.8.2 UnderwaterMac类的定义与实现 126

4.8.3 BoradcastMac类的定义与实现 131

4.8.4 基于CDMA与节点状态的MAC协议类的定义与实现 133

参考文献 144

第5章 路由协议 145

5.1 水下传感器网络路由协议分类 146

5.2 水下网络路由协议研究现状 147

5.2.1 基于矢量转发路由协议VBF 147

5.2.2 FBR 150

5.2.3 基于深度路由协议DBR 151

5.2.4 水下DTN路由协议 152

5.3 基于层级的水下传感器网络自适应地理路由协议 153

5.3.1 基于层级的定向泛洪 155

5.3.2 上行流量自适应路由 155

5.3.3 基于层级和位置的下行路由机制 156

5.3.4 性能评估 156

5.4 Micro-ANP架构下路由协议仿真实现 159

5.4.1 静态路由算法 159

5.4.2 LB-AGR路由协议与实现 162

参考文献 167

第6章 基于RLT的水声传感器网络逐跳可靠传输机制 168

6.1 传统的可靠传输机制在UWSN中的应用局限 168

6.2 RLT编码方案 169

6.2.1 RLT度分布 169

6.2.2 RLT编解码过程 170

6.2.3 RLT编码统计分析 172

6.3 基于RLT的水声传感器网络逐跳可靠传输机制 173

6.4 性能评估 177

6.4.1 仿真结果 177

6.4.2 性能对比 178

参考文献 180

第7章 水下节点定位技术 181

7.1 非测距定位技术 181

7.2 距离相关定位技术 183

7.2.1 测距技术 183

7.2.2 基于固定节点的距离相关定位技术 184

7.3 水中哺乳动物被动定位算法及运动预测算法 185

7.3.1 水下哺乳动物发声特性研究现状 186

7.3.2 双曲线被动定位算法 187

7.3.3 基于多普勒的海豚游速估计算法SMD 189

参考文献 190

第8章 Micro-ANP应用层仿真实现 193

缩略词表 197