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水声通信网相比于传统的海洋探测技术具有能实时监控、远程配置等优点,越来越多地应用在海洋气象监测、污染监测、资源探测和军事情报收集等方面。而水声信道的复杂多变限制了水声通信网的网络性能。本文主要针对网络的MAC层,设计有效的协议。
首先,分析了水声通信网的特点、应用及国内外研究现状,研究了水声通信网采用的体系结构及现有的水声通信网MAC层协议,并讨论了节点容故障和数据通信中的差错控制方法。
其次,分析并仿真了传统TDMA协议——STOMA,平面结构的多跳中继式拓扑是水声通信网较好的拓扑选择。
然后,提出了一种基于传统TDMA和握手竞争的适用于水声通信网的MAC层协议——C-AGENT-LPD。C-AGENT-LPD协议是在增加了回复确认的改进的AGENT协议的基础上,充分利用水声长传播延时特性,允许节点在等待确认信息期间或空闲期间接收数据,并允许不接收数据且未收到任何CCTS帧的节点发送数据。C-AGENT-LPD在吞吐量、端到端延时和能量消耗方面均比STDMA有很大改善。
接着,提出了基于传统TDMA和Aloha竞争的MAC层协议——AlohTDMA和基于传统TDMA和Aloha竞争的适用于水声长传播延时的MAC层协议——AlohTDMA-LPD。AlohTDMA协议基于STDMA,并增加节点利用Aloha竞争时隙的方法；AlohTDMA-LPD协议则基于AlohTDMA协议,充分利用水声的长传播延时特性,允许节点在等待确认信息和退避延时期间接收数据。AlohTDMA和AlohTDMA-LPD协议在吞吐量和端到端延时方面均比传统TDMA协议有很大改善,且AlohTDMA—LPD协议比AlohTDMA协议性能更好,但AlohTDMA和AlohTDMA-LPD协议的能量消耗却比传统TDMA协议要大。
再者,对比本文提出的AlohTDMA、AlohTDMA-LPD和C-AGENT-LPD协议,水声通信网最宜选用C-AGENT-LPD协议作为MAC层协议。
最后,总结全文并对下一步工作作出展望。