發(fā)布時(shí)間：2020-03-23 02:36

【摘要】：隨著我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,我們需要進(jìn)一步提升漁用通信裝備的水平,來(lái)滿(mǎn)足日益增加的海上通信需求。拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò),在不依賴(lài)固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下便可快速搭建,并且具有無(wú)中心、自組織等特性,這與海洋通信環(huán)境的特點(diǎn)相契合。因此可以通過(guò)將海上漁用通信與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,來(lái)提升漁用通信網(wǎng)絡(luò)的性能。首先,本文介紹了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本概念與特點(diǎn),在深入了解Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,著重對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分層協(xié)議模型進(jìn)行了研究。由于作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)的MAC層信道接入?yún)f(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層路由算法,決定著網(wǎng)絡(luò)的整體性能,因此又重點(diǎn)分析研究了經(jīng)典的MAC協(xié)議與路由算法。其次,在學(xué)習(xí)借鑒經(jīng)典協(xié)議的基礎(chǔ)上,分析了蜂窩分簇的優(yōu)點(diǎn),結(jié)合地理位置信息,設(shè)計(jì)了一種基于位置和時(shí)隙的跨層協(xié)議,并取得了一些創(chuàng)新性的研究成果,最后使用NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)進(jìn)行了性能仿真驗(yàn)證。主要內(nèi)容與成果如下:1.提出ND_HC算法,改進(jìn)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的性能。在ND_HC算法中,節(jié)點(diǎn)首先利用地理位置信息,結(jié)合蜂窩分簇算法,完成自身的地理位置分簇;其次獨(dú)立劃分時(shí)段完成鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程:將每個(gè)蜂窩簇均分為6個(gè)正三角形,為每個(gè)正三角形區(qū)域分配時(shí)幀,各個(gè)正三角形區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)在其分配的時(shí)幀內(nèi),采用隨機(jī)退避算法,競(jìng)爭(zhēng)小時(shí)隙用來(lái)傳輸HELLO分組,從而實(shí)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程。仿真結(jié)果表明,相比于802.11機(jī)制下AODV協(xié)議的鄰居發(fā)現(xiàn)性能,所提ND_HC算法能有更高的鄰居發(fā)現(xiàn)成功概率和更短的鄰居發(fā)現(xiàn)所需時(shí)間。2.提出TCD_HC算法,改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)過(guò)程的性能。在TCD_HC算法中,節(jié)點(diǎn)首先使用ND_HC算法完成鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程;然后各節(jié)點(diǎn)根據(jù)收集的相同蜂窩簇內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)地理位置信息,采用分布式計(jì)算各鄰居節(jié)點(diǎn)到所在蜂窩簇中心的距離,完成簇首競(jìng)選;最后簇首周期性地產(chǎn)生TC分組,TC分組包含了本簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)信息與簇首節(jié)點(diǎn)的具體地理位置,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息交互。在TCD_HC算法中,簇首將通信速率降低為原來(lái)的1/4以獲得近2倍的通信范圍,使TC分組能在相鄰簇首間一跳可達(dá)。TC分組在網(wǎng)絡(luò)中僅由簇首或簇首指定的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā),簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)只接收獲取信息,不產(chǎn)生、不轉(zhuǎn)發(fā)TC分組,該機(jī)制使TCD_HC算法在減少了路由開(kāi)銷(xiāo)情況下依然能有效地完成全網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明,相比于802.11機(jī)制下主動(dòng)式路由協(xié)議OLSR的全網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)性能,本文提出的TCD_HC算法完成拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)所需時(shí)間更短,路由開(kāi)銷(xiāo)更小。3.完成基于位置和時(shí)隙的跨層協(xié)議HCPT設(shè)計(jì)。在HCPT協(xié)議中,采用TDMA機(jī)制,將時(shí)間均分為一個(gè)個(gè)時(shí)間片,在每個(gè)時(shí)間片中,又分成鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)時(shí)段和數(shù)傳時(shí)段。在鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)時(shí)段,利用ND_HC算法完成鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程。在數(shù)傳時(shí)段,先使用TCD_HC算法進(jìn)行簇首間的TC分組交互,獲取網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)蜂窩簇中的節(jié)點(diǎn)分布信息和簇首的具體地理位置。在信道接入機(jī)制上,節(jié)點(diǎn)首先使用RTS/CTS分組進(jìn)行握手控制預(yù)約信道,成功后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,完成DATA/ACK數(shù)傳應(yīng)答過(guò)程,提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求時(shí),節(jié)點(diǎn)利用路由表中目的節(jié)點(diǎn)所在簇的簇首地理位置,結(jié)合貪婪原則選擇中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。通過(guò)仿真,對(duì)比了OLSR、AODV與HCPT在不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下的網(wǎng)絡(luò)性能。仿真結(jié)果表明:本文提出的HCPT跨層協(xié)議,具有更高的吞吐量以及更低的丟包率和時(shí)延,能更高效地傳輸數(shù)據(jù)。因此,HCPT跨層協(xié)議有更好的網(wǎng)絡(luò)性能,對(duì)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓泻芎玫淖赃m應(yīng)性,為實(shí)際構(gòu)建海上無(wú)線(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提供了參考。
【圖文】：

3.3.2 仿真結(jié)果和分析我們首先評(píng)估了不同大小的時(shí)隙退避窗口值 W 下的 ND_HC 算法的性能。如圖3.5所示為時(shí)隙退避窗口W與網(wǎng)絡(luò)密度對(duì) ND_HC算法的每周期發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)比例 R_N 的影響�？梢钥闯鲈谙嗤W(wǎng)絡(luò)密度下，W=30 時(shí)的 R_N 大于 W=20、W=10時(shí)的 R_N，即時(shí)隙退避窗口 W 值越大，每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)周期中可以發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點(diǎn)比例越多，這是因?yàn)殡S著時(shí)隙退避窗口 W 值的增加，信道中的 HELLO 分組碰撞概率降低。圖3.5 時(shí)隙退避窗口 W 與網(wǎng)絡(luò)密度對(duì) ND_HC 每周期發(fā)現(xiàn)鄰居比例影響

降低網(wǎng)絡(luò)性能。因此，對(duì)于 ND_HC 中時(shí)隙退避窗口 W 的取值，需要考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度的影響，在本文的后續(xù)仿真中，，使用 W=30 作為 ND_HC 的時(shí)隙退避窗口值。圖3.6 時(shí)隙退避窗口 W 與網(wǎng)絡(luò)密度對(duì) ND_HC 發(fā)現(xiàn)所有鄰居所需時(shí)間影響圖 3.7 展示了隨著網(wǎng)絡(luò)密度增加，ND_HC 和基于 802.11 機(jī)制的 AODV 協(xié)議（以下簡(jiǎn)稱(chēng)802.11）每周期發(fā)現(xiàn)鄰居比例R_N性能。在每個(gè)0.06s的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)周期中，隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，則會(huì)有更多節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)信道發(fā)送 HELLO 消息，使碰撞概率增加。ND_HC 的性能比 802.11 更好，每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)周期中發(fā)現(xiàn)鄰居的比率下降的更慢，即使整個(gè)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加到 280，ND_HC 也能在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)現(xiàn) 65%的鄰居
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5

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6 劉e

本文編號(hào)：2596040