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面对研究和开发海洋环境的迫切需求,作为海洋大范围区域信息获取的重要手段,水下传感器网络技术研究近年来得到快速发展。从水下传感器网络大规模的外场实验工作效率及实验成本考虑,在布放节点之前,利用网络仿真软件来评估水下传感器网络性能,对设计研究水下信息网具有非常重要的意义,论文正是基于这样的需求开展相关的研究工作。首先,在OPNET网络仿真平台实现水下传感器网络仿真建模,主要工作包括研究OPNET建模机制、仿真机制和仿真流程,针对水声信道特性实现OPNET水声信道无线管道阶段建模,使OPNET适用于水声网络,确定网络拓扑结构,设计网络仿真场景想定,明确网络性能指标计算方法,为后续研究MAC层、路由层协议设计奠定基础。其次,设计簇内子网MAC层混合接入协议TDMA协议部分。设计编写Tri-Message时间同步协议以及基于传播时延特性进行时隙分配的TDMA协议。在OPNET软件进行簇内6节点网络仿真,仿真结果给出时间同步效果、端到端时延、丢包率、吞吐量,与传统TDMA协议进行仿真性能的对比分析,验证时间同步协议有效性以及改进TDMA协议较之传统TDMA协议更好的网络性能。再次,设计MAC层混合接入协议簇头节点部分MACAW协议。研究设计具备RTS-CTS握手机制、多数据帧传输确认机制和信道静默预留机制的MACAW协议。在仿真软件中建立大范围网络场景,运行包括6个簇,42个节点规模的整网仿真,仿真结果给出端到端时延、丢包率、吞吐量,通过与ALHOA协议对比分析,分析验证MACAW协议在整网混合协议中性能,并对分簇水下传感器网络流量负载配置进行优化。最后,在长距离6簇头节点间,设计实现水声通信AODV按需路由协议,并进行DSR路由协议和AODV路由协议的仿真对比,给出路由发现时间、吞吐量、路由开销仿真结果。结果表明AODV路由协议与DSR路由协议相比具有更好的网络性能,更适合平面节点组网路由需求。