基于能量高效的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議優(yōu)化.pdf

1、不同于依靠單個(gè)傳感器的水下信息獲取方式，網(wǎng)絡(luò)化的水下傳感器系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)靈活、成本低廉、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，成為了世界各國對水下信息獲取的研究熱點(diǎn)。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的作用是控制節(jié)點(diǎn)接入水聲信道，是數(shù)據(jù)在信道上發(fā)送和接收的直接控制者，為網(wǎng)絡(luò)層等提供了快速、可靠的數(shù)據(jù)收發(fā)支持。因此，MAC協(xié)議感知并適應(yīng)水聲信道情況，對水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能起著決定性的作用。而水下復(fù)雜的信道環(huán)境，如高噪聲、窄帶寬、強(qiáng)多途和長時(shí)延等，使得在水聲信道中許多常

2、用的MAC協(xié)議不能得到應(yīng)用。所以，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，除了考慮常規(guī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道特征以外，還要根據(jù)水下環(huán)境的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。水聲傳感器節(jié)點(diǎn)部署在海底使用電池供電來工作，所以不能使用太陽能充電而且更換困難，因此在保證通信所需要的速率與誤碼率的前提下盡可能的對能量消耗進(jìn)行優(yōu)化是傳感器網(wǎng)絡(luò)考慮的重要因素。
　　圍繞這個(gè)主題，本文通過對現(xiàn)有水下傳感器MAC協(xié)議性能進(jìn)行研究，針對MAC層存在的能量浪費(fèi)現(xiàn)象，以及水聲網(wǎng)絡(luò)中由于長

3、且變的傳播時(shí)延而難以同步的問題，提出了隨機(jī)喚醒的異步睡眠機(jī)制和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)功率控制的方法，來進(jìn)行能耗優(yōu)化。論文主要包括以下幾個(gè)方面的工作:
　　1.闡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及MAC層協(xié)議節(jié)能方案的國內(nèi)外各高?；蚪M織的最新研究進(jìn)展。
　　2.建立了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)通信能耗模型，為MAC層協(xié)議性能分析提供條件。介紹了水聲信道的特點(diǎn)，設(shè)定了水聲信道傳輸模型;分析了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和協(xié)議分層;對傳感器節(jié)點(diǎn)的通信耗能建模，為本文的重

4、點(diǎn)——MAC層的能耗研究提供基礎(chǔ)。
　　3.對水下無線傳感器MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)及問題進(jìn)行了介紹，指出了MAC層能量消耗的原因。對現(xiàn)有的水下MAC層協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的研究，分析了不同類型的MAC協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　4.使用Matlab軟件對常用的MAC協(xié)議網(wǎng)絡(luò)性能和能量消耗進(jìn)行仿真分析。
　　5.根據(jù)MAC協(xié)議在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的性能，基于MACA協(xié)議提出了一種基于睡眠機(jī)制和功率控制的能量優(yōu)化方案。
　　本文的創(chuàng)新