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《中国海洋大学》 2010年
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水下传感器网络海上试验平台的研究与设计

周鹏  
【摘要】: 随着无线传感器网络的迅速发展和世界各国对海洋权益的日益重视,以及发展海洋经济热潮的兴起,水下无线传感器网络已经成为各国传感器网络研究的热点。 水下传感器网络与陆地无线传感器网络有很大不同,其中最为重要的在于通信方式的不同。虽然都属于无线通信,但陆地无线传感器网络使用无线电实现通信,水下无线传感器网络使用水声通信。尽管无线信道相对于有线信道在通信速率、信道质量上都相差很多,但相对于水下信道而言,却具有很高的数据传输率和通信质量。水下信道被认为是目前最差的无线传播信道。另外,水下信道还具有高时延的缺陷。其传播速度仅为1500m/s,比陆地无线信号传播速度整整低了五个数量级。 水下信道的上述特性对水下传感器网络的研究带来了挑战,与此相关联的另一个重要问题是水下传感器网络的试验和验证问题。水下传感器网络的研究,不论是硬件方面的还是软件协议方面的,不论是单纯的点到点通信试验还是多节点组网试验,都离不开试验和验证。试验和验证可以分为软件模拟、硬件仿真试验和实际海洋环境试验。在试验室利用软件进行仿真试验,成本很低。但不是所有的试验都适合软件模拟,因为软件模拟受到模拟环境和模型本身准确性的影响,软件模拟适用于那些对硬件和试验环境要求不高的场合。对于那些偏重依赖硬件的试验,最好结合具有硬件可配置功能的硬件仿真平台来实现,比如那些直接涉及调整硬件底层参数的试验。另外一类试验对于通信环境要求更高,许多协议的验证,需要到实际的海洋环境进行试验和验证。水下传感器网络最终要应用到水下环境,而由于水下实际环境的复杂性,能够利用一套实际的可以配置的水下试验平台来实现这一目标显然是最为理想的。但水下传感器网络水下试验费用昂贵,需要耗费很大的人力和物力。如何设计和实现可以满足水下实际试验环境需求的水下传感器网络海上试验平台是一项重要的研究内容。 本课题主要针对水下传感器网络的特点,研究了水下传感器网络海上试验平台系统。本论文的主要研究内容包括: 1、根据水下试验的需求设计、制作了一种双头硬件节点。该硬件节点由水上的节点和水下节点组成,水上节点使用TelosB,水下节点是我们自己研制的水下通信节点。硬件节点是我们水下试验平台的基础。 2、网络性能测试主要针对网络性能进行测试。其网络性能测试主要包括水下信道误码率测试、数据链路层测试、网络层测试、应用层测试等。 3、协议软件远程更新部分针对传统软件更新方法的弊端,提出利用网络远程更新试验平台的方法,可以实现远程控制海洋试验平台,试验人员可以完成远程试验过程,并得到远程试验数据,进行分析,或重新展开试验。 4、移动网络性能测试部分可以实现对移动网络的测试。主要可以进行单跳测试、可靠性传输测试等。 5、试验平台部署试验部分讲述了试验平台的部署试验,主要介绍了数据库设计、远程访问和显示设计等。 本论文的目的在于研制一种低成本、高可靠性能、应用性好的试验平台。但目前对水下传感器网络试验平台的研究还不是很多,随着对试验平台研究的深入,必然能够加快对水下传感器网络的研究,使水下传感器网络为我国蓝色海洋经济做出更大贡献。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.3;TP212.9

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【参考文献】
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