AUV群體協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡設計與實現(xiàn).pdf

1、在21世紀,海洋無論是在資源方面還是在國際戰(zhàn)略等方面都扮演著非常重要的角色。海洋是個十分龐大而且復雜的生態(tài)系統(tǒng),目前人類對海洋深處的探索非常有限,并且對海洋的勘探以及作業(yè)方式也是比較昂貴的。自主水下航行器AUV作為海洋勘探開發(fā)的高技術(shù)平臺,有極其廣闊的應用前景,越來越受到眾多國家和地區(qū)的重視。隨著應用需求的不斷復雜化和多樣化,單臺AUV的功能逐漸顯示出一定的局限性,于是由多臺AUV組成的協(xié)作系統(tǒng)逐漸成為研究熱點。高效可靠地通信網(wǎng)絡是多自

2、主水下航行器進行協(xié)同作業(yè)的基本前提。但是水聲通信存在著低信道帶寬、高傳播延時、低信道穩(wěn)定性、節(jié)點能量受限等諸多困難,因此設計一個高效的AUV群體協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡對于多AUV協(xié)同系統(tǒng)而言具有重要的實際應用價值。
　　本文針對AUV群體協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡開展了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計、AUV群體協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡設計、網(wǎng)絡拓撲生成與路由搜索以及AUV協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡仿真平臺構(gòu)建等方法研究,并以TrackLink通信定位系統(tǒng)為實物傳輸介質(zhì)完成了水聲通信的通信周期與丟包

3、率的測試試驗。
　　首先,研究了網(wǎng)絡層拓撲的分類,分析了能量損耗與網(wǎng)絡通信的中繼次數(shù)的關(guān)系,設計了一種結(jié)合了能量損耗因素和通信延遲因素的拓撲生成算法,并與普通算法進行了對比,驗證了該算法的有效性了。通過能耗與時延權(quán)衡算法得到的拓撲圖簡單明了,并且考慮了能量損耗和通信時延的因素,既大大縮小了后續(xù)路由搜索的范圍,又可以在能量損耗以及通信時延兩方面加以權(quán)重。同時制定了相應的路由搜索及路由維護的方法。
　　其次,研究了數(shù)據(jù)鏈路層中的

4、幀結(jié)構(gòu)、差錯校驗、邏輯鏈路控制和媒介訪問控制的協(xié)議,結(jié)合AUV聲學通信傳輸特性,設計了適合于AUV群體協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議,并對比分析了普通訪問模式和MACAW訪問模式的MAC層協(xié)議,分別在網(wǎng)絡吞吐量、誤碼率以及平均時延三個方面進行了對比,分析了仿真結(jié)果的原因,然后提出了一種結(jié)合普通訪問模式和MACAW訪問模式的MAC層協(xié)議。
　　最后,以TrackLink1500A通信定位系統(tǒng)為實物傳輸介質(zhì)構(gòu)建了水聲通信試驗平臺,通