認知水聲網(wǎng)絡MAC機制與關鍵技術研究.pdf

1、水下傳感器網(wǎng)絡（Underwater Wireless Sensor Networks, UWSNs）是由水下固定節(jié)點與一部分水下航行器組成。這些節(jié)點搭載的傳感器負責水下信息采集，并通過聲通信的方式將采集數(shù)據(jù)進行交互至數(shù)據(jù)中心。近年來因其在多方面的應用受到日益廣泛的關注。然而，隨著水下傳感器網(wǎng)絡部署和使用，這些系統(tǒng)與天然海洋聲學系統(tǒng)（如海洋哺乳動物等）的和諧共存成為挑戰(zhàn)。為此，本文以水聲信道的聲學傳播特性為基礎，提出了水下認知網(wǎng)絡（Un

2、derwater Cognitive Acoustic Networks, UCANs）體系結(jié)構。具體的研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處包括以下幾個方面：
　　1.以海洋哺乳動物發(fā)聲特性為基礎，針對UCANs網(wǎng)絡不能與被定位目標交換信息的特點，論文提出了一種基于雙曲面定位算法的被動定位方法：PHLA。該算法利用被定位目標發(fā)聲特性及水聲信號衰減模型推算目標位置坐標。該定位算法是其后環(huán)境友好MAC接入策略的基礎。
　　2.為解決水下網(wǎng)絡空間復

3、用率低的問題，論文提出一種融合水下功率控制與速率調(diào)整并兼顧環(huán)境友好的MAC協(xié)議：UPC-MAC。以信道增益信息為基礎，UPC-MAC通過引入基于博弈論的納什均衡解，允許盡可能多的并行傳輸。為有效保護海洋生物特別是海洋哺乳動物，UPC-MAC以1中定位結(jié)果為基礎，引入雙模式接入控制策略，在與海洋生物系統(tǒng)共享頻譜時，避免使用過大發(fā)聲功率，實現(xiàn)環(huán)境友好多址信道接入。
　　3.針對單信道MAC協(xié)議頻譜資源未充分利用的問題，論文研究并提出一

4、種適用于水下長延時通信網(wǎng)絡的多信道MAC協(xié)議：UMMAC。UMMAC是一種基于單收發(fā)器的多信道MAC協(xié)議。在該協(xié)議中，網(wǎng)絡節(jié)點分布式地完成信道分配實現(xiàn)網(wǎng)絡容量最大化。為解決有效協(xié)商信道分配，UMMAC協(xié)議通過在預約包交換過程中收集發(fā)送請求與信道信息，提出一種聯(lián)合信道分配與功率控制算法：CAPC，進行信道與功率分配。通過采用CAPC算法，UMMAC可以實現(xiàn)盡可能多的并行通信而不引入額外協(xié)商開銷。
　　4.論文通過對現(xiàn)有廣泛應用的Aq