高动态环境下水下滑翔机大规模可靠组网机制研究

基本信息
批准号:61701335
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:苏毅珊
学科分类:
依托单位:天津大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王子雄,李硕,李云,肖沈阳,王健,马莹莹,王宁
关键词:
水下移动网络MAC协议路由协议
结项摘要

The underwater mobile acoustic network which consists of multiple long-duration sea gliders has broad application fields such as persistent surveillance, targets' detection and antisubmarine warfare in oceans. In a mobile underwater acoustic network, nodes need to exchange their location, control and navigation information to construct varied formations for different tasks. Therefore, a reliable acoustic communication and networking mechanism is a prerequisite for the formation maintenance and mission planning. .In this proposal, we will conduct researches on reliable networking mechanism for large scale sea gliders with a consideration of high dynamic acoustic communication and network’s topology. On one hand, due to the unique characteristic motion feature of sea gliders, the acoustic communication experience both vertical and horizontal channel which may highly reduce the reliability of existing acoustic communication scheme. On the other hand, mobile nodes in the network can increase the uncertainty of connectivity of the network. .In order to construct the reliable networking mechanism, we will first precisely model the motion model and then predict the trajectory of the mobile nodes. With a predicted trajectory, the relationship between environment factors, motion parameters and the reliability of mobile acoustic communication in both spatial and temporal domain will be analyzed. Such reliability will be the restriction for the design of MAC and routing schemes. With these two basic models, the spatial-temporal multiplexing model and related MAC scheme in medium access control layer which aims to maximize the spatial-temporal reuse efficiency will be proposed. Then in order to deliver data in such high dynamic network scenarios, we will propose a delay and disruption tolerant routing scheme for intermittent connected network with traceable mobile nodes. Finally, both MAC and routing schemes will be jointly optimized with an aim to improve the reliability of the large scale underwater mobile network..This project can achieve theoretical progress in the design of mechanism and algorithms of mobile underwater network.

由长航时、大航程水下滑翔机组成的水下移动网络在海洋环境监测,水下目标探测与对抗方面具有广阔的应用前景。项目将以具有混合推进能力的水下滑翔机为载体,研究不稳定水声通信条件和高动态网络拓扑结构约束下的水下滑翔机大规模可靠组网机制。该机制以水下移动节点运动模型及其时-空序列轨迹预测模型为基础,建立计及环境参数且包含时-空二维变量的移动水声通信可靠性模型。在此模型基础上,结合移动节点可预测运动轨迹,研究MAC层具有可控功率特性的时-空复用模型。基于时-空复用模型,研究计及通信可靠性模型的大规模水下网络分级多址接入机制。通过MAC层分级多址接入机制设计,并结合网络层间歇性连通性模型,研究基于预测轨迹的水下移动网络容迟/容断机会路由机制。最终通过MAC层接入机制与网络层路由机制的联合优化保证在通信约束条件下大规模水下移动组网可靠性。项目将在水下移动网络算法研究与机制设计上获得理论进展并进行实验验证。

项目摘要

由长航时、大航程水下滑翔机组成的水下移动网络在海洋环境监测,水下目标探测与对抗方面具有广阔的应用前景。项目以具有混合推进能力的水下滑翔机为载体,研究不稳定水声通信条件和高动态网络拓扑结构约束下的水下滑翔机大规模可靠组网机制。. 通过该项目完成了基于水下滑翔机网络协议栈构建,设计了包括MAC层,路由层和传输层在内的完整的水下网络协议栈;提出了基于分簇水下滑翔机网络的OFDMA-MAC协议:G-MAC;基于机器学习的水下大规模网络自适应路由协议:DQELR;适用于水下容迟/容断网络的传输层协议:ORIT。进一步,为验证实际水声通信系统在移动平台上通信性能,完成了移动平台水声系统集成与测试,获得了移动水声通信可靠性模型。通过上述理论研究,协议的设计和应用,提升了水下滑翔机网络组网可靠性和有效性。为大规模水下滑翔机编队组网应用提供了网络保障。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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