安全技术-网络信息-水下无线传感器网络MAC协议仿真研究.pdf

针对长距离水下无线光通信系统，采用蒙特卡罗方法研究了水下光束的传输特性。提出采用平顶光束替代传统高斯光束，以延长通信系统的传输距离。通过对比平顶光束和高斯光束在三类清澈海水中的传输特性，基于脉冲位置调制技术，对两种水下无线光通信系统进行实验仿真。结果表明：在相同条件下，高斯光束和平顶光束的水下无线光通信系统的可靠视频传输距离上限分别为268 m和340 m。在清澈海水中，采用平顶光束可以有效延长水下无线光通信系统的通信距离。该结果为长距离水下无线光通信系统设计提供了参考。

吸收系数可以通过Thorp公式根据经验得到。 代码中使用的这个公式一般对几百Hz以上的频率有效。 吸收系数用于寻找水下无线通信路径损耗中的吸收损耗部分.它随频率快速增加，并且是限制给定距离的声学链路的最大可用频率的主要因素。

使用蓝色LED的水下无线光通信系统

设计为一简易水下无线通信系统，由陆基单元以无线方式向水下潜艇单元发送控制信号，水下潜艇模型以红外线向陆上电机单元发送执行指令从而控制潜艇的上浮与下潜。系统以MSP430单片机为核心，分别实现信号的调制、解调和电机的自动控制。陆基无线发射模块采用AD9851和单片机结合实现频移键控；水下接收模块采用MC145162解调。电机单元利用光槽对定位卷尺的钻孔进行监测和数据采集，由单片机实现对步进电机的转速调整，在要求的时间内达到规定的上升和下潜深度。同时，系统陆基部分可显示潜艇航模的运动方式、深度和速度，建立了良好的人机界面。

为了提高水下无线传感网络(UWSNs)的数据采集效率，提出基于地理-机会的水下无线传感网的混合路由(GOHR)。当源节点需要转发数据包时，首先计算候选转发节点集，并依据集内节点的归一化权重进行排序，形成转发簇；然后分析每个簇的期望权重值；最终由最大期望权重值的簇内节点转发数据包。同时，引用时延机制，抑制冗余数据包。仿真结果表明，提出的GOHR协议提高了数据包传递率，降低了数据包传输时延。

针对海洋信道中多重散射导致的以脉冲响应为特征的激光脉冲时延展宽问题,采用蒙特卡罗模拟方法和Gamma函数,构建了水下无线激光传输脉冲响应模型。分析海水的光学特性,提出一种多Gamma函数模拟水下信道脉冲响应的闭合表达式。理论分析和建模结果表明:该模型采用4个Gamma函数表示激光脉冲在水下的传输过程,即由于散射作用强弱差异产生的4条长度不同的路径。其中前3条以散射级数低、光程较短的准弹道光路径为主,最后1条为散射级数高且多重散射光占主体的路径。同时通过对比验证了所提模型的准确性和优异性,采用该模型对不同系统参数下激光传输脉冲响应进行建模,其结果很好地描述了激光脉冲水下散射特性和脉冲时延展宽特性。

为了保证水下三维无线传感器网络对监测区域的高覆盖率，并减少网络中节点数量以降低组网成本，选用体心立方格结构进行传感器节点的部署。为了将节点收集到的信息高效地传递给网络使用者，提出了一种体心立方格部署下的网络路由协议。该协议基于节点位置与能量信息计算对数据包的转发概率，在保证数据包高投递率的同时减少冲突的发生；利用后续转发节点的反馈信息检测网络空洞的出现，并通过控制发送功率来改变节点的通信范围以穿越空洞。仿真结果表明，在保证网络连通性及数据包投递率的同时，该协议能够提高网络能量利用效率、平衡节点的能量消耗。

~摘 要：为解决水下无线传感器网络中由于水声信道的特殊性引起的空间公平性问题、长传播延迟导致的三重终端问题，并有效实现多信道机制，提出了一种基于单收发器的水下多信道MAC协议——SFM-MAC。该协议融合了水下定位信息，无需采用全网时间同步机制，通过多信道的RTS/CA/CL/CTS握手机制来解决相关问题。采用马尔科夫链构建了控制信道的预约模型，给出了多信道吞吐量的理论分析，得到了考虑预约碰撞条件下的多信道MAC协议的理论吞吐量。通过仿真实验验证了SFM-MAC的实际性能。仿真结果表明：SFM-MAC能提高网络的公平性，并能达到较高的网络吞吐量。

基于人工测量的自适应滤波器，可通过水下无线传感器网络进行节能目标跟踪