一种协作自适应的水下传感器网络多信道MAC协议

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随着无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSNs)和水声通信技术的发展,水下传感器网络(Underwater sensor acoustic networks, UWSNs)广泛应用于海洋勘测、军事管理和环境保护等各个领域。介质访问控制(Medium access control, MAC)协议作为UWSNs的重要组成部分,逐渐受到科研人员的重视。随着水声技术的发展,UWSNs实现了多信道通信,数据在多个信道上并行传输,提高了网络性能。然而UWSNs中水声通信具有时延长、带宽利用率低等特点,使得高效可靠的MAC协议设计面临更多的问题。除此之外,多信道收发设备昂贵以及三重隐藏终端问题也为基于单收发器的UWSNs多信道MAC协议设计带来了诸多挑战。  针对水下长时延、低带宽以及三重隐藏终端问题,本文提出一种协作自适应的水下传感器网络多信道MAC协议(Collaborative self-adaption MAC,CSA-MAC)。本协议利用邻居节点之间的协作信息进行碰撞检测,解决了水下多信道环境中的三重隐藏终端问题,降低了碰撞率;同时考虑到数据包长对重传时延的影响、网络负载情况对碰撞率的影响,通过自适应的动态信道协商策略,针对不同的数据包长和网络负载情况,动态的选择适合的信道协商策略,降低了端到端时延,提高了带宽利用率和吞吐量。  本文通过NS-3仿真工具对提出的CSA-MAC协议进行仿真实验,并与现有的水下多信道MAC协议进行对比,证明了本协议在保证较低能量消耗同时,降低了端到端时延,提高了吞吐量,并使网络具有更高的可靠性和适应性。
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