一种并行传输的水声Ad hoc网络多址接入(PTMA)协议

由于存在"隐藏终端"和"暴露终端"的问题,无线Ad hoc网络的应用受到极大的限制.进一步,由于水声信道的特点,例如有用的频率带宽很窄,强时变、多途和长传播时延,使得设计水声Ad hoc网络具有自身特点和难度.本文中,我们为此提出了一种新的多址接入控制(MAC)协议,即并行传输多址接入(PTMA)协议.该协议基于如下思想:为消除冲突而进行多信道预约,这样能在多个信道上并行地传输数据;为缩短等待clear_-to_-send(CTS)的时间,当request_-to_-send(RTS)刚发送完就立即发送分组数据,而不必收到CTS后再发.通过使用OPNET Modeler/Radio仿真器得到的仿真结果显示:PTMA协议能取得较之于适合无线Ad hoc网络的多址接入协议更高的吞吐性能和较低的端到端传播时延.     

水声通信网络中的MACA-C介质访问控制协议

介质访问控制协议（Medium Access Control , MAC）是水声通信网络中的一种关键技术。与陆地无线通信系统使用无线电波有所不同,水声通信网络依靠水声进行通信。水声通信网络中的MAC协议设计面临许多挑战面,如:传播延迟大、带宽窄、电池不易更换或充电、节点发射功率受限等。因此,陆地无线通信系统的各MAC协议不能直接应用到水声通信网络。本文提出了一种适用于水声通信网络的MACA（MACA-C）协议,该协议主要将传输数据包和控制包结合使用,在每轮握手的过程中,该协议通过发送列的首数据包和RTS控制包来改善信道利用率。仿真结果也表明MACA-C能够达到较高的和稳定的吞吐量性能,同时在保持低碰撞率的前提下增加信道利用率。      

基于规则与感知的水声网络MAC协议

针对水声网络(UAN)媒体访问控制(MAC)协议采用RTS/CTS握手机制,导致信道利用率和网络吞吐量较低的问题,提出一套信道访问规则,基于该规则设计了节点状态感知的水声网络MAC(RP-MAC)协议.当接收节点不在收发状态,并且其他邻居节点也都不在接收状态时,发送节点才会尝试发送一到多个报文给接收节点.节点通过侦听和...     

一种有效的水声通信网络中用于半双工信道的ARQ协议

自动重传请求(ARQ)在保证通信网络可靠传输中起着关键的作用。但是，在水声通信网络中，由于水声信道的半双工以及信道的长传播时延特性，使得水声通信网络的吞叶性能受到极大的制约。本文针对水声信道长传播时延这一特点，利用扩频通信技术，将单个信道分成两个子信道；一个用于前向信道(从发送方到接收方)，另一个用于反向信道(从接收方到发送方)，从而使得对每个分组数据的响应时间大大缩短，提出了一种有效的适合于半双工特性的ARQ协议。理论分析和仿真结果表明，相对于传统的SW ARQ协议而言，该协议在水声信道下具有更优的吞吐性能。     

一种用于格型拓扑的水声传感器网络TDMA协议

由于海洋信道恶劣的传输条件,使设计可靠且有效的水声传感器网络MAC协议面临极大的挑战。该文针对六角格型网络的结构特点提出了G-TDMA协议,该协议通过对时隙的空间复用,提高了信道资源的利用率;并且在数据帧的发送过程中完成网络节点间的同步,从而降低同步开销;同时根据水声信道的高传输延时和起伏特性,加入了保护时间以避免数据冲突。仿真结果表明,在水声信道条件下该协议可有效地改善网络性能。     

水声网络通信性能分析

该文根据水声信道传播特性及水声网络结构特征,建立了基于水声网络的通信性能分析模型,并仿真分析了对等网络和汇聚网络两种水声网络结构的通信性能与节点间距、网络规模、工作繁忙度以及发射功率等因素的联系,结果表明通过适当的网络设置和协议设计能够优化网络的通信性能,并且存在使通信带宽效率最优的水声网络节点间距。该文的研究成果对水声网络应用具有指导意义。     

水声网络全双工定向碰撞避免媒体接入控制协议

近年来水声网络(UAN)技术飞速发展,但仍然面临诸多严峻挑战,能量效率成为水声网络的首要考虑因素。此外,水声信道传播时延大且可用带宽受限,严重制约了水声通信技术的可靠性和有效性,进而限制了水声网络的整体性能。定向通信技术可以有效改善上述情况,通过波束聚焦能力将声波能量聚集在一定角度范围内,获得比全向通信更高的通信范围和信噪比,提升整个网络的能耗效率和空间复用率。但该技术需要对目的节点的位置具备先验知识,且会面临“聋节点”问题,因此该文提出一个水声网络全双工定向碰撞避免(FDDCA)媒体接入控制(MAC)协议,通过装备两个分别处于不同工作频带的全向换能器和定向换能器解决“聋节点”问题,并通过降低节点的冲突域解决了“暴露终端”问题。仿真结果表明,与水下Aloha(UW-Aloha)和时隙地面多址接入(S-FAMA)协议相比,FDDCA在多汇聚节点的网络拓扑下吞吐量分别提升了140%和400%,网络能效上节省了90%和94%。     

基于最优窗口的水声网络MAC协议研究

海洋水声信道的复杂性和多变性会对水声网络中的介质访问控制协议性能造成影响。为更好地适应水声环境,对水声网络中基于竞争窗口的MAC协议进行改进,提出了基于最优窗口的MAC协议以及窗口值的优化策略,利用开源平台NS-3对其进行仿真,分析得出了水声网络节点数量、通信带宽和数据包大小与最优窗口大小之间的关系。仿真结果表明,在最优窗口下水声网络的吞吐量得到了显著提升,这一结论将为今后构建水声网络提供理论基础和数据支撑。     

基于交叉传输的水声通信网络MAC协议

为了解决传统TDMA协议在水下环境信道利用率低的问题,提出了交叉传输的TDMA (I-TDMA)协议.该协议利用水声信道长传输时延的特性,采用数据分组交叉传输的方法改善信道利用率,同时引入了拓扑扩展和循环同步机制,增强了网络系统的可扩展性.仿真结果表明,该协议与传统的TDMA协议相比减少了数据分组时延以及同步开销,具有更好的性能.     

水声传感网MAC协议的研究进展

水声传感网因其广阔的应用领域和巨大的应用潜力,近年来已成为通信领域的研究新热点,MAC协议是水声传感网的重要组成部分.概述水声传感网MAC协议的研究现状,指出水声传感网的MAC协议大体可分为基于非竞争的MAC协议和基于竞争的MAC协议,并对不同类别协议的优缺点进行对比分析.针对现有各种协议在吞吐量、开销、信道利用率以及网络的扩展性等方面均存在优势和不足等,从如何更好地克服水声通信中的传播时延长、可用带宽有限、能量消耗大和移动性大等方面,提出更合理更实用的水声通信MAC协议将是该领域未来的重点研究方向.     

RIM-MAC：一种适用于水下传感网接收者发起的多会话MAC协议

声通信是水下传感网的主要通信方式之一,但是它具有长延迟和低带宽的特点,这是水下传感网MAC（media access control）协议研究面临的主要挑战。为提高网络吞吐量,提出了一种接收者发起的多会话MAC协议（RIM-MAC）。它利用接收者发起会话,通过一次会话的4次握手完成所有邻居数据分组的传输,有效地减少握手次数。同时利用侦听到的本地信息（邻居延迟图和邻居的传输调度）避免信道冲突并发起多个会话,这解决了长传播延迟带来的信道利用率低的问题。RIM-MAC通过增强节点间并行传输的能力,在接收者和发送者两端提高时空复用率,与经典水下MAC协议比,网络吞吐量提高了至少36%。除此之外,基于自适应数据轮询策略提出了一种网络负载公平算法（FTA）,它保证了网络中竞争节点间的信道访问的公平性。仿真实验表明,在长传播延迟的场景下,RIM-MAC取得了比典型的水下传感网MAC协议更好的吞吐量性能。     

水声通信网络介质访问控制协议的设计与仿真

采用OPNET平台对水声通信网络节点模型与介质访问控制协议进行了设计与实现,并重点研究建立了基于忙时间改进网络分配向量帧冲突处理机制的水声通信网络协议——UMACAW。同时建立并测试了包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络。仿真结果表明,MAC层采用UMACAW协议能更好地克服冲突,减少节点间端对端传输延时,从而获得更高水声通信网络的吞吐量。     

一种用于水声通信网的TDMA方案

由于海洋中恶劣的传输条件，设计高可靠性、高吞吐量的水下通信网是一项具有很强的挑战性的工作。本文提出了一种适合水下环境中通信网使用的TDMA方案，该方案通过TDMA数据帧的交错布置减少信道的闲置时间，提高网络效率。仿真实验结果表明，该TDMA方案具有较高的网络性能。     

Generalized frequency division multiplexing–based acoustic communication for underwater systems

The underwater (UW) acoustic channel poses multiple challenges like coloured ambient noise, frequency‐dependent attenuation, and doubly selective fading. The availability of a robust underwater communication mechanism can largely enhance the success of human effort in a multitude of applications, ranging from pollution surveillance to defence and search/rescue operations. In this work, generalized frequency division multiplexing (GFDM), a non‐orthogonal multicarrier scheme, which has recently been studied for terrestrial wireless fading channels, is developed and tested for signalling in UW acoustic communication. UW noise, attenuation, and doubly selective fading channels are modelled with appropriate statistics. The BER performance of proposed system is systematically evaluated under different channel conditions, starting from simple additive white Gaussian noise (AWGN) and Rayleigh fading channels to a horizontally configured UW channel. The performance is also compared with contemporary orthogonal frequency‐division multiplexing (OFDM)– and filter bank multicarrier (FBMC)–based systems.     

差分混沌移位键控在水声通信中的应用

水声信道作为目前已知最严酷、最复杂的无线通信信道之一，具有强多途干扰、时—频率双扩展、高噪、带宽窄等特征。水声信道的时变特性，使得估计与跟踪信道很困难，因此，研究无需信道估计与均衡的非相干稳健水声通信调制方法具有重要的意义。首先介绍了基于正交频分复用（OFDM）和扩频调制的水声调制技术的研究进展，然后，分析了差分混沌移位键控在水声信道下的可行性，提出了两种基于OFDM的多载波差分混沌移位键控方案，给出两个方案的调制解调器原理。在时—频双扩展信道和水声信道下，对两个方案进行了性能仿真和分析。性能结果表明所提出的方案在水声信道下具有良好的稳健性。     

一种降低复杂度的压缩感知水声信道估计方法

针对浅海的水声信道稀疏特性,提出了一种降低复杂度的前向回溯正交匹配追踪(RC-LABOMP)信道估计方法。首先计算正交匹配追踪和子空间追踪信道估计算法的两类支撑集,接着根据两类支撑集的交集和并集,预处理先验信息,最后利用先验信息完成前向回溯正交匹配追踪信道估计。该算法经过先验信息的预处理,能够减少原LABOMP算法的迭代次数,同时缩小原子的索引范围,因此能够显著降低原LABOMP算法的计算复杂度。此外,将提出的算法与水声Turbo均衡系统相结合,更适用于水声通信系统。仿真结果表明,所提算法在随机信道和水声信道条件下,具有估计精度高、误码率低的特点,同时能够显著降低LABOMP算法的计算复杂度,是一种适用于浅海水声信道的有效估计方法。     

基于OPNET的水声通信网MAC层协议的研究

AC（Multiple Access）协议是水声通信网络的重要研究内容,利用OPNET网络仿真软件对ALOHA协议和MACAW协议下水声通信网络的性能进行仿真研究,分析比较这两种协议在不同业务量下的网络性能。仿真结果表明,在水声通信网络中,MACAW协议的性能优于ALOHA,但两者均可应用于低数据业务量网络中。