海上宽带无线自组网多信道MAC协议研究

论文摘要

无线通信技术的蓬勃发展允许移动用户在陆地上随时随地访问各种数据服务,由于海上地理特征的特殊性,因此为海事用户提供可靠的数据通信是一个具有挑战性的问题。传统的海上通信系统主要使用高频和甚高频进行通信,其传输速率较低,通信质量较差,覆盖范围有限。考虑到海事数字服务日益增长的需求,因此我们需要开发支持高数据速率、扩展通信覆盖范围的海上通信。本文在研究海上宽带无线通信网络结构的基础上,构建了海上宽带无线自组网,针对当前海上船舶数量增加,船舶之间通信业务量的增多,提出将无线自组网中的多信道技术应用到海上宽带无线通信,并且针对该网络设计了一种分布式的基于时分多址的海上宽带无线自组网多信道MAC协议（Dynamic TDMA-based multi-channel assignment MAC protocol,DTMAC）。本文的主要研究工作如下:（1）本文首先总结了海上宽带无线网络的国内外研究现状,概括了海上无线宽带技术的特点,对现存的海上通信系统的性能进行了归纳总结。接着介绍了无线自组网中多信道MAC协议的研究现状,从而为新协议的设计奠定基础。（2）对船舶自动识别系统的自组织时分多址接入协议（Self-organized Time Division Multiple Access,SOTDMA）进行了研究,着重探讨了 SOTDMA协议的时隙选择算法以及时隙预约冲突率,并对时隙预约冲突率的理论分析模型进行了研究。利用NS2仿真软件对SOTDMA协议进行了仿真实现,实现了传输时隙的自组织预约以及船舶之间自组织通信的功能,并将时隙预约冲突率的仿真结果与理论分析结果进行分析比较,得出报文报告率和网络中船舶数量对时隙预约冲突率的影响。（3）提出了一种海上宽带无线自组网多信道MAC协议（DTMAC）,该协议将可用带宽资源划分为一个控制信道和多个数据信道,控制信道上用于传输船舶安全相关的信息、紧急求助信息以及多信道分配的协商信息,数据信道上传输互联网业务信息。其中控制信道上使用基于时分多址的信道接入机制,为网络中每艘船舶分配一个固定的时隙。并对控制信道上时隙分配协议建立了基于马尔可夫链的数学模型,分析成功获得发送时隙的船舶数量与一帧中的时隙总数以及网络中船舶数量的关系。接着将DTMAC协议在NS2中进行仿真实现。随后比较DTMAC协议和SOTDMA协议在传输安全信息时网络性能。最后评估了 DTMAC协议多个数据信道分配机制的网络性能,仿真结果表明很大程度上提高了海上通信时网络的吞吐量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 典型的海上无线移动通信系统
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 海上宽带无线网络的研究现状
•     1.3.2 无线自组网多信道MAC协议研究现状
•   1.4 本文研究的工作内容安排
• 2 AIS系统SOTDMA协议性能分析
•   2.1 AIS系统简介
•     2.1.1 AIS层次结构模型
•     2.1.2 AIS报文通信
•     2.1.3 AIS关键技术及工作流程介绍
•   2.2 SOTDMA协议研究
•     2.2.1 SOTDMA协议参数
•     2.2.2 SOTDMA的时隙预约算法
•   2.3 SOTDMA协议时隙冲突分析
•   2.4 SOTDMA协议仿真与性能分析
•     2.4.1 NS2仿真工具
•     2.4.2 SOTDMA协议网络仿真实验
•   2.5 本章小结
• 3 海上宽带无线自组网多信道MAC协议的设计
•   3.1 DTMAC协议设计
•     3.1.1 DTMAC协议设计面临的问题
•     3.1.2 DTMAC协议的总体设计思想
•     3.1.3 DTMAC协议的工作机制介绍
•   3.2 DTMAC协议控制信道时隙分配机制
•     3.2.1 无线自组网MAC协议概述
•     3.2.2 控制信道时隙分配工作原理
•   3.3 DTMAC协议数据信道协商机制
•     3.3.1 帧格式设置
•     3.3.2 数据信道协商过程
•   3.4 DTMAC协议控制信道时隙分配机制的性能分析
•     3.4.1 理论分析模型
•     3.4.2 理论结果分析
•   3.5 本章小结
• 4 DTMAC协议仿真与性能分析
•   4.1 DTMAC协议的性能指标
•   4.2 DTMAC协议控制信道上的性能评估
•     4.2.1 仿真场景设置
•     4.2.2 仿真结果分析
•   4.3 DTMAC协议多信道分配机制的性能评估
•     4.3.1 仿真场景设置
•     4.3.2 仿真结果分析
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李瑞景

导师: 王莹

关键词: 海上无线通信,自组织网络,协议,多信道

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 海洋学,电信技术

单位: 大连海事大学

分类号: TN92;P756.6

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001241

总页数: 77

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