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AUV群体协调通信网络设计与实现
| 论文题名： | AUV群体协调通信网络设计与实现 |
| 关键词： | 自主水下航行器;通信网络;数据链路层;网络协议;AUV群体 |
| 摘要： | 在21世纪,海洋无论是在资源方面还是在国际战略等方面都扮演着非常重要的角色。海洋是个十分庞大而且复杂的生态系统,目前人类对海洋深处的探索非常有限,并且对海洋的勘探以及作业方式也是比较昂贵的。自主水下航行器AUV作为海洋勘探开发的高技术平台,有极其广阔的应用前景,越来越受到众多国家和地区的重视。随着应用需求的不断复杂化和多样化,单台AUV的功能逐渐显示出一定的局限性,于是由多台AUV组成的协作系统逐渐成为研究热点。高效可靠地通信网络是多自主水下航行器进行协同作业的基本前提。但是水声通信存在着低信道带宽、高传播延时、低信道稳定性、节点能量受限等诸多困难,因此设计一个高效的AUV群体协调通信网络对于多AUV协同系统而言具有重要的实际应用价值。 本文针对AUV群体协调通信网络开展了网络结构设计、AUV群体协调通信网络设计、网络拓扑生成与路由搜索以及AUV协调通信网络仿真平台构建等方法研究,并以TrackLink通信定位系统为实物传输介质完成了水声通信的通信周期与丢包率的测试试验。 首先,研究了网络层拓扑的分类,分析了能量损耗与网络通信的中继次数的关系,设计了一种结合了能量损耗因素和通信延迟因素的拓扑生成算法,并与普通算法进行了对比,验证了该算法的有效性了。通过能耗与时延权衡算法得到的拓扑图简单明了,并且考虑了能量损耗和通信时延的因素,既大大缩小了后续路由搜索的范围,又可以在能量损耗以及通信时延两方面加以权重。同时制定了相应的路由搜索及路由维护的方法。 其次,研究了数据链路层中的帧结构、差错校验、逻辑链路控制和媒介访问控制的协议,结合AUV声学通信传输特性,设计了适合于AUV群体协调通信网络的数据链路层通信协议,并对比分析了普通访问模式和MACAW访问模式的MAC层协议,分别在网络吞吐量、误码率以及平均时延三个方面进行了对比,分析了仿真结果的原因,然后提出了一种结合普通访问模式和MACAW访问模式的MAC层协议。 最后,以TrackLink1500A通信定位系统为实物传输介质构建了水声通信试验平台,通过Transceiver与Transponder之间的定位访问实现水声通信,完成了通信链路的有效性测试,并测试了TrackLink系统的通信周期和丢包率,完成了试验结果分析,提出了应用TrackLink系统实现水声通信时减少丢包率的解决方案。在每个访问周期内,控制所发送的数据包的帧长不大于80字节,从而保证系统不会因负载过高而导致不必要的丢包现象。 |
| 作者： | 丁明惠 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 王宏健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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