水声传感器网络MicroANP协议栈设计与实现

水下传感器网络采用声波进行通信，具有长时延、低带宽、高误码率、动态拓扑、能量受限等系列特性，节点的有限资源决定了其上运行的协议不能太复杂，而现有的通信协议栈难以满足水下传感器网络的性能要求，《水声传感器网络MicroANP协议栈设计与实现》提出了MicroANP协议架构模型，阐述了MicroANP通信协议架构及UASNs各层协议的关键设计，并进一步给出了MicroANP架构的实现。

前言
第1章 水声传感器网络概述 1
1.1 水声传感器网络 1
1.2 水声通信的特点 2
1.3 水声传感器网络面临的问题与挑战 5
参考文献 6
第2章 MicroANP协议体系架构 7
2.1 传统协议架构在水声传感器网络中的局限性 7
2.1.1 TCP/IP应用层在UASNs中的应用局限性 7
2.1.2 TCP/IP传输层在UASNs中的应用局限性 10
2.1.3 TCP/IP网络层在UASNs中的应用局限性 12
2.1.4 TCP/IP数据链路层在UASNs中的应用局限性 13
2.1.5 TCP/IP物理层在UASNs中的应用局限性 14
2.1.6 ZigBee协议栈在UASNs中的局限性 14
2.2 MicroANP协议体系架构 16
2.3 MicroANP包负载优化 19
参考文献 25
第3章 仿真与现场试验软硬件 26
3.1 水声传感器网络仿真器 26
3.2 水声传感器网络现场试验主要硬件设备 33
3.2.1 调制解调器 33
3.2.2 AquaSeNT OFDM Modem使用及连接 34
3.2.3 Raspberry Pi与AquaSeNT OFDM Modem通信 35
3.2.4 温度、盐度与深度传感器 38
3.2.5 CTD信息读取 39
3.2.6 水下摄像头 41
3.2.7 Raspberry Pi微型电脑主板 41
3.2.8 GPS模块 42
3.2.9 4G无线工业级路由器 45
3.2.10 设备连接 45
参考文献 47
第4章 开发环境设置 48
4.1 Raspberry Pi系统的安装与配置 48
4.1.1 Raspberry Pi系统安装 48
4.1.2 Raspberry Pi配置 49
4.2 Ubuntu系统以及Qt的安装与配置 51
4.2.1 Ubuntu安装与配置 51
4.2.2 Ubuntu下的编译环境配置 52
4.2.3 Qt配置 56
4.3 手机SSH客户端的安装与连接 58
参考文献 60
第5章 基于RLT与FDR的水声传感器网络可靠传输机制 61
5.1 传统的可靠传输机制在UASNs中的应用局限 61
5.2 RLT编解码方案 62
5.2.1 RLT度分布 62
5.2.2 RLT编解码过程 64
5.2.3 RLT编码统计分析 68
5.3 FDR译码 69
5.3.1 RLT码存在的问题 69
5.3.2 短环问题 69
5.3.3 严格短环 71
5.3.4 FDR译码算法 72
5.3.5 FDR度分布 75
5.3.6 度分布仿真对比 76
5.3.7 NS3下的仿真实验 78
5.4 基于数字喷泉码的水声传感器网络逐跳可靠传输 81
5.4.1 数据帧的发送 81
5.4.2 节点听到数据帧的处理 88
5.5 性能评估 92
5.5.1 NS3下的仿真结果 92
5.5.2 性能对比 94
参考文献 96
第6章 基于层级的路由协议 97
6.1 LB-AGR：基于分层的自适应地理路由协议 97
6.1.1 基于层级的定向泛洪 99
6.1.2 上行流量自适应路由 103
6.1.3 基于层级和位置的下行路由机制 106
6.1.4 性能评估 108
6.2 LEER：基于分层的能量均衡多径路由协议 110
6.2.1 LEER协议概述 111
6.2.2 节点分层 112
6.2.3 基于转发概率设置定时器 113
6.2.4 数据包转发流程 113
6.2.5 多径路由情景分析 115
6.2.6 路由空洞问题分析 116
6.2.7 LEER协议的仿真与分析 117
6.3 基于连通的水声传感器网络节点路由分层方案 126
6.3.1 传统分层方案 126
6.3.2 “通信空区”问题 127
6.3.3 基于连通和最小跳数的路由分层 128
6.3.4 能耗模型 129
6.3.5 基于连通的节能路由分层方案 130
6.3.6 能耗分析 132
6.3.7 仿真实验 135
参考文献 139
第7章 基于状态的MAC协议 141
7.1 基于状态着色的水声传感器网络SC-MAC协议 141
7.1.1 水声传感器网络MAC协议设计面临的挑战 141
7.1.2 基于状态着色的水声传感器网络SC-MAC协议 143
7.1.3 信道效率分析 150
7.1.4 协议仿真分析 155
7.2 LSPB-MAC：基于层级与状态感知的水下广播MAC协议 166
7.2.1 常见碰撞分析 166
7.2.2 基于邻居节点状态的碰撞避免机制 168
7.2.3 网络拓扑 170
7.2.4 基于包链的传输机制 171
7.2.5 邻居节点状态获取 173
7.2.6 基于传播时延的超时计时器设置 174
7.2.7 协议性能分析 175
7.2.8 协议仿真分析 178
参考文献 186
第8章 协议栈测试及试验床监测应用 188
8.1 湖试试验床 188
8.2 协议栈测试 190
8.2.1 试验床搭建及参数设置 190
8.2.2 试验中出现的问题及解决方法 193
8.2.3 试验数据分析 195
8.3 监测应用 197
参考文献 199
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