《水聲網路協定的跨層設計及其套用研究》是依託廈門大學，由陶毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水聲網路協定的跨層設計及其套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陶毅
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
網路協定是目前水聲網路通信領域研究的關鍵問題。相對於無線電信號，水聲信號的傳播時延很大，這使得信道的大量時間處於閒置狀態，而傳輸時又容易發生碰撞，網路的效率亟需提高。本課題提出一種雙通道的水聲網路跨層模型，可以有效提高系統的資源利用率，提升網路的整體性能，並引入了3種該模型下可用的跨層套用方案，包括：媒體接入控制與網路測距的聯合設計；多址接入過程中的網路信息提取，輔助路由表信息更新，最佳化鏈路調度；調製、編碼方式的自適應。以NI CompactRIO和LabVIEW作為開發平台，實現用於水下組網實驗的水聲網路節點樣機，可進行小型水聲網路的組網、測距、通信、轉發等功能的各項實驗工作。本項目構建4個節點的自組織Ad-hoc網，可覆蓋6km×6km區域，最低傳輸速率達到400bit/s，實現3種跨層套用方案，在廈門海域測試。本項目的實施將為進一步構建分散式海洋環境水聲監測網奠定基礎。
結題摘要
隨著世界各國對海洋權益的日益重視、海洋經濟熱潮的興起和無線電網路技術研究的迅猛發展，水下通信及其組網的水聲網路已經成為水聲技術中新的研究熱點。跨層設計是水聲網路技術中急需解決的關鍵技術之一，可以使系統在惡劣海洋環境中能更有效地利用稀少的可用資源。對於能量、資源嚴重受限的水聲網路，跨層設計研究具有重要的理論與現實意義。實踐證明，水聲信道對整個通信系統有決定性的影響，所以項目中加強了水聲信道變化對聲信號傳播的影響的研究。另外，考慮到水下感測器網路是水聲網路協定的主要套用場景，為了解決水下通信節點的能耗受限問題，對水下感測器網路MAC協定能耗進行了最佳化研究。 項目主要完成了以下四個方面工作：1、提出一種獨立的控制通道、數據通道的雙通道的水聲網路跨層模型，可有效提高系統資源的利用率，提升水聲網路的整體性能。在該模型下，根據不同的最佳化需求設計了三種跨層套用方案：節點調製、編碼方式的自適應方案；多址接入過程與節點測距的聯合設計方案；多址接入過程中網路信息的提取方案。2、以NI CompactRIO和LabVIEW作為開發平台，設計並實現了用於水下組網實驗的水聲網路節點樣機。在廈門五緣灣海域進行了現場實驗，完成組網、測距、通信、轉發等網路各項功能的實驗測試。實驗結果顯示，水聲網路通過跨層設計使性能得到提高，獲得較好的實驗結果。3、對通信節點運動情況下的信道變化和不同通信距離情況下信道的變化進行研究，用反卷積方法對接收到的水聲信號進行處理，以提高信號檢測機率和通信節點物理層的穩健性。4、考慮到網路的延遲和吞吐量等網路性能，以及水下感測器網路的能量限制，提出MAC層的能耗最佳化方案，對水聲網路協定進行仿真，結果顯示，與未經最佳化的MAC協定相比，在不降低網路性能的基礎上能耗減少約90%，大幅度提高網路生存時間。 項目預期目標基本完成。
