声电协同通信网络

本书系统介绍了一种新型海洋通信网络架构——声电协同通信网络（ARCCNet），其由水声网络和水面无线电网络组成，通过浮标网关节点进行连接，在统一的网络框架下考虑组网架构和协议设计。ARCNet可实现与卫星、无人驾驶飞行器（UAV）及岸基海基无线通信系统的协同组网，对构建空、天、地、海、潜一体化网络具有重要意义。本书重点关注声电链路数量级性能差别带来的网络资源协同管理问题。路由是协调水声网络、无线电网络资源利用的重要途径，本书介绍声电协同通信网络架构及基于ns-3网络仿真工具的仿真实现，在评估现有主流路由协议性能的基础上，研究了几种适用于声电协同通信网络的新型路由机制。在接入协议方面，本书重点考察多个水下节点到水面节点的随机多址接入问题，研究了具有保护间隔的时隙水声通信网络的吞吐量，并给出了相应的理论分析。 本书的读者对象主要是高校、科研院所的研究人员。本书也可以作为计算机科学和网络技术专业的教学参考书。

陈芳炯 教授，博士生导师，近年在国家重点研发计划课题、国基-广东省联合基金、教 育部重大项目、广东省自然科学基金重点项目等支持下，围绕无线声电协同通信及组网技术开展研究，已有较好积累，在国内外重要期刊发表SCI论文九十多篇，获发明专利授权三十多项，研究成果获两项省部级一等奖（均为第 二完成人），并得到业界认可。

第1章 海洋通信网络概述 1.1　有线通信网络　 1.1.1　美国海底观测系统　 1.1.2　加拿大海王星海底观测网　 1.1.2　日本地震海啸观测系统　 1.1.3　中国海底综合观测系统　 1.2　水下无线通信网络　 1.2.1　水声通信网络 1.2.2　水下光通信　 1.3　水面/海上无线电通信网络　 1.3.1　天基/空基海洋通信系统　 1.3.2　岸基/岛基海洋通信系统　 1.3.3　海基海洋通信系统　 1.4　小结　 参考文献　 第2章　声电协同通信网络及仿真实现　 2.1　引言　 2.2　跨水/气界面的通信技术　 2.2.1　跨水气界面直接信息传输技术　 2.2.2　跨水气界面中继信息传输技术　 2.2　NS3仿真平台及相关模块　 2.2.1　NS3仿真软件简介　 2.2.2　UAN模块　 2.2.3　Wi-Fi模块　 2.3　声电协同通信网络架构　 2.4　声电协同网络模型NS-3实现　 2.5　水声网络组网协议概述　 2.5.1水声网络组网协议挑战及性能指标　 2.5.2　水声网络路由协议概述　 2.5.3　水声网络MAC协议概述　 2.6　现有路由协议及其仿真　 2.6.1　投递率　 2.6.2　传输时延　 2.6.3　网络吞吐量　 2.6.4　能效　 2.6.5　路由响应速度与链路组成　 2.7小结 参考文献　 第3章　基于链路权值的声电协同路由　 3.1　引言 3.2　节点传输范围分析　 3.2.1　二维网络节点传输范围分析　 3.2.2　三维网络节点传输范围分析　 3.3　基于链路权值的声电协同路由策略　 3.3.1　设计思路　 3.3.2　相关数据结构　 3.3.3　路由协议流程　 3.4　仿真及其结果分析　 3.4.1仿真环境以及参数设置　 3.4.2分组投递率　 3.4.3端到端时延　 3.4.4网络吞吐量　 3.4.5能量利用率　 3.5　小结　 参考文献　 第4章　基于蚁群优化算法的声电协同网络AODV协议　 4.1引言　 4.2蚁群优化算法概述　 4.2.1蚁群优化算法原理　 4.2.2蚁群优化算法数学模型　 4.2.3蚁群优化算法仿真验证　 4.2.4蚁群优化算法在通信网络中的应用　 4.3基于蚁群优化算法的声电协同网络AODV协议　 4.3.1设计思路 4.3.2数学模型　 4.3.3相关数据结构　 4.3.4路由协议流程　 4.4仿真及其结果分析　 4.4.1仿真环境以及参数设置　 4.4.2分组投递率　 4.4.3端到端时延　 4.4.4网络吞吐量　 4.4.5能量利用率　 4.4.6　RREQ报文转发次数　 4.5小结　 参考文献　 第5章　声电混合机会路由　 5.1引言　 5.2　网络场景及问题描述　 5.2.1　网络场景　 5.2.2　问题描述　 5.3　路由协议设计思路　 5.4　声电混合机会路由策略　 5.4.1　邻居发现　 5.4.2　水下点机会发送　 5.4.3　水面浮标节点按需转发　 5.4.4　路由发现过程比较　 5.4.5　水下多跳邻居发现　 5.4.6　水下多跳机会传输 5.5　仿真与性能分析　 5.5.1　路由响应时间　 5.5.2　不同数据包发送间隔下路由协议的性能　 5.5.3　不同水面节点数量下路由协议的性能　 5.6　本章小结　 参考文献　 第6章　定向认知声电协同路由　 6.1　引言　 6.2无线电网络中的低可探测性路由　 6.2.1　概述　 6.2.2天线模型　 6.2.3　网络模型　 6.2.4　波束表　 6.2.5隐蔽路由策略　 6.2.6.　仿真结果　 6.3声电协同网络LDP路由　 6.3.1网络模型　 6.3.2节点模型　 6.3.2　问题描述　 6.4　声电定向低可探测性路由　 6.4.1路由生存时间　 6.4.2波束表　 6.4.3　路由度量　 6.4.4　路由表　 6.4.5　路由请求消息传播过程　 6.4.6　路由返回消息传播过程　 6.5　仿真验证与性能比较　 6.5.1　投递率分析　 6.5.2　端到端时延分析　 6.5.3　吞吐量分析　 6.6　本章小结　 参考文献　 第7章　水面网关节点水声接入性能分析　 7.1引言　 7.2　网络模型和吞吐量度量　 7.2.1　网络和时隙模型　 7.2.2　信道质量度量　 7.3简单ALOHA与时隙ALOHA的吞吐量对比　1 7.4　包重叠的分布 7.4.1重叠持续的时间表达式　 7.4.2　重叠持续时间的概率密度函数　 7.5　吞吐量分析　 7.5.1矩母函数　 7.5.2　数据包传播时延小于传输时长时的成功传输概率　 7.5.3数据包传播时延大于传输时长时的成功传输概率　 7.5.4　归一化吞吐量　 7.6　仿真验证与性能比较　 7.7　本章小结　 参考文献　 第8章　主要结论及后续研究展望