【摘 要】
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水声传感网是探索水下世界的有效工具,在资源勘探、灾害预警、水下导航等应用场景中发挥着重要作用。目前,数据采集是水声传感网的主要工作,网络中的传感器节点致力于将水下的数据汇聚于水面的浮标节点,在这过程中,水下节点由于只能由电池供电,工作寿命十分有限。在复杂多变的水下环境中如何实现高效节能的数据传输方法是当下的研究热点。媒体接入控制（Medium Access Control,MAC）协议是水声传感网
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水声传感网是探索水下世界的有效工具,在资源勘探、灾害预警、水下导航等应用场景中发挥着重要作用。目前,数据采集是水声传感网的主要工作,网络中的传感器节点致力于将水下的数据汇聚于水面的浮标节点,在这过程中,水下节点由于只能由电池供电,工作寿命十分有限。在复杂多变的水下环境中如何实现高效节能的数据传输方法是当下的研究热点。媒体接入控制（Medium Access Control,MAC）协议是水声传感网中的重要技术之一,它决定了节点接入共享信道的方式。本文的工作主要考虑了针对带有中继转发的数据采集应用场景的水声传感网中存在的以下难点:首先,网络中单个中继节点可能需要负责转发来自其它多个节点的数据,使得中继节点一般要承受更大的负载,导致更高的能耗;其次,当中继节点所处位置不同,面对的流量大小也可能不一样,负载大的中继节点会加速消耗电池能量,当中继节点电能消耗殆尽后若无法及时充电或更换电池则会影响到整体数据的采集;另外,在数据汇聚的过程中,越靠近水面浮标节点处的中继节点的流量负载越大,容易造成拥堵,降低数据传输的效率。针对这些问题,本文提出了一种基于跨层机制的能量控制MAC协议（ECCL-MAC）,在该协议中,网络层和物理层经过跨层设计共享了接入控制中的相关信息,其中,网络层以此进行确定路由,而物理层以此进行功率控制。位于水底层负责采集数据的传感节点经过网络初始化以及利用空闲侦听获取邻居中继节点的位置信息和剩余能量信息,并在网络层计算邻居中继的转发优先级,选择其中转发优先级最高的中继节点将数据转发至水面浮标节点,在这过程中水底层的传感节点将转发路径的确定过程与竞争信道时的握手过程结合,从而减少路由发现的开销并使得中继节点之间的能量趋向均衡。另外,在数据传输过程中,接收节点可以通过一次握手实现有序且无冲突地接收多个发送节点的数据,而发送节点可以通过握手控制的交互调整发送数据的功率。在NS3网络仿真平台进行的多项实验结果表明,相对于S-FAMA协议和MR-SFAMA协议,ECCL-MAC协议不仅能有效提高网络节点的公平性,而且提高了网络的吞吐量、降低了网络的平均能耗,而对比功率控制路由协议DBPCR与随机接入Aloha的组合,在多项性能指标中,ECCL-MAC协议同样具有优势。
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