水声通信网络技术研究

随着"网络中心战"概念的提出及网络技术的飞速发展,水声通信网络将在军事上得到广泛应用。本文首先介绍了目前水声通信网络的发展状况,进而对水声通信网络的特点进行了简要分析,通过对现有水声通信网络的网络拓扑结构和动态路由协议进行了分析研究,最后对水声通信网络的发展前景进行了展望。     

水声通信网综述

近年来,由于水下通信技术的发展和应用需求,国内外对水声通信网络进行了大量的研究工作,并且在方案验证、模拟仿真的基础上,开始了水声网络的海上实验.本文从水声通信网的发展过程和特点出发,系统介绍了水声通信网的体系结构和关键技术,并且详细介绍了各层的研究内容和研究现状,最后对水声通信网今后的研究方向和应用前景进行了展望.     

水声通信网络问题研究

本文介绍了水声通信网络的特点与拓扑,深入研究了水声通信网络各层的功能,分析了各层所遇到的问题并提出了相应的解决对策.     

OPNET在水声通信网中的应用研究

首先,介绍水声通信网的产生背景、发展概况及应用潜力。从水声通信网的定义出发,分析复杂多变的水声网络特点及其网络拓扑结构。其次,详细论述大型网络仿真软件OPNET在水声通信网中的应用研究现状:概括水声网物理层的研究内容,重点分析数据链路层和网络层,包括多址技术、随机接入协议和路由协议的选择。最后,对当前水声通信网络研究中存在的问题进行分析,提出今后急需开展的研究方向。     

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。     

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。     

基于自愈光网络的水声信号同步采集系统设计

为了提高水声探测能力,提出了一种基于环形自愈网络的水声信号同步采集系统。系统具有链路保护、实时监测控制、网络管理、信号延时同步等特点,并详细介绍保护倒换原理和延时同步控制原理。同时进行了合理的软、硬件设计,实现了水声信号的同步采集传输。     

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。     

水声通信网的研究进展及其应用

随着现代"网络中心战"理论的完善,现代立体化信息战争已从传统的空天地战场延伸至海面以下战场。水声通信技术是构建水下通信网络的有效手段,是构建立体化战争、立体化作战平台的必要技术。首先分析了水下通信与水声网络的特点和发展现状。其次,结合美国海军在水声通信网络的实验研究成果,以及国内在该领域内取得的研究进展情况,展望了水声通信网络在现代海军建设中的应用前景。     

水声通信系统中信号同步的一种实现方法

水声通信技术是解决水下信息传送和处理的关键技术,它广泛应用于水下自治机器人(AUV)、水下通讯网络、遥控和目标检测等领域.由于水下恶劣传输条件的影响,水声通信系统中同步信号的处理是系统的一个关键问题.本文介绍了一种简单的水声通信方案的设计,重点分析了采用同步脉冲信号通信体制的位同步、帧同步实现方法.     

Implementation of depth‐based routing and its enhancement in AquaSim–Next Generation for underwater wireless sensor networks

In the last decade, underwater wireless sensor networks have been widely studied because of their peculiar aspects that distinguish them from common terrestrial wireless networks. Their applications range from environmental monitoring to military defense. The definition of efficient routing protocols in underwater sensor networks is a challenging topic of research because of the intrinsic characteristics of these networks, such as the need of handling the node mobility and the difficulty in balancing the energy consumed by the nodes. Depth‐based routing protocol is an opportunistic routing protocol for underwater sensor networks, which provides good performance both under high and low node mobility scenarios. The main contribution of our work is presenting a novel simulator for studying depth‐based routing protocol and its variants as well as novel routing protocols. Our simulator is based on AquaSim–Next Generation, which is a specialized tool for studying underwater networks. With our work, we improve the state of the art of underwater routing protocol simulators by implementing, among other features, a detailed cross‐layer communication and an accurate model of the operational modes of acoustic modem and their energy consumption. The simulator is open source and freely downloadable. Moreover, we propose a novel and completely distributed routing protocol, named residual energy–depth‐based routing. It takes into account the residual energy at the nodes' batteries to select the forwarder nodes and improve the network lifetime by providing a more uniform energy consumption among them. We compare its performance with that of depth‐based routing protocol and a receiver‐based routing protocol implementing a probabilistic opportunistic forwarding scheme.     

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.     

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。     

水下光声混合网络评价(英文)

The deployment of underwater networks allows researchers to collect explorative and monitoring data on underwater ecosystems.The acoustic medium has been widely adopted in current research and commercial uses,while the optical medium remains experimental only.According to our survey onthe properties of acoustic and optical communicationsand preliminary simulation results have shown significant trade-offs between bandwidth,propagation delay,power consumption,and effective communication range.We propose a hybrid solution that combines the use of acoustic and optical communication in order to overcome the bandwidth limitation of the acoustic channel by enabling optical communicationwith the help of acoustic-assisted alignment between optical transmitters and receivers.     

水下传感器网络时间同步技术综述

 时间同步是传感器节点协同工作的基础.水下传感器网络由于采用水声通信方式,具有不同于陆地无线传感器网络的特点,为时间同步算法研究带来了新的挑战.论文首先说明同步问题与同步算法的形式化定义,然后讨论水下传感器网络不同于陆地传感器网络的特点,并指出相关特点对于同步问题的影响;接着综述陆地传感器网络同步算法的研究进展,分析相关算法用于水下环境的不足;进而介绍水下传感器网络同步算法的研究进展,并通过仿真实验完成了相关算法的性能对比;最后总结水下传感器网络时间同步的关键问题,指出进一步的研究方向.     

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。     

一种基于有限状态机的新型水声网络多址接入协议的实现

本文首先提出了一种新型的水声通信网络的多址接入(UAMA)协议.该协议针对水声信道传播时延长的特点,利用扩频码进行多信道预约;通过适当的控制方法,采用与传统的握手协议不同的机制,当发送方发送request_to_send(RTS)后,在选择的业务信道上立刻传输数据,而不必等收到clear_to_send(CTS)后再传输数据,在时间和空间上大大地提高了信道的利用率,因此极大地提高了网络的吞吐量.通过使用OPNET Modeler/Radio仿真器对UAMA协议进行了基于有限状态机(FSM)的建模和设计.仿真结果表明该协议能在水声环境下取得优良的吞吐性能和较低的分组传输时延.