《水聲傳感器網(wǎng)絡通信與競爭型MAC協(xié)議研究課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《水聲傳感器網(wǎng)絡通信與競爭型MAC協(xié)議研究課件（44頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、畢業(yè)設計答辯,水聲傳感器網(wǎng)絡通信與競爭型,MAC,協(xié)議研究,畢業(yè)設計答辯水聲傳感器網(wǎng)絡通信與競爭型MAC協(xié)議研究,報告提綱,01,課題背景,02,03,04,05,06,方案設計,傳感器節(jié)點研制,協(xié)議仿真與移植,系統(tǒng)測試,總結展望,報告提綱01課題背景0203040506方案設計傳感器節(jié)點研,01,課題,背景,01課題背景,01,課題,背景,“,PLUSNET,”,水聲傳感網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),應用領域,海底作業(yè)：,海底設備控制、故障診斷等,海洋科學考察：,長期連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的傳輸,海洋資源勘探：,勘探數(shù)據(jù)上傳,海洋監(jiān)測網(wǎng)絡：,海洋環(huán)境、海嘯、地震,軍事海防：,目標監(jiān)測、潛艇通信,ATM,系列水,聲,傳感
2、,監(jiān)測網(wǎng),“,SEAWEB,”,水聲傳感網(wǎng),01 課題背景“PLUSNET”水聲傳感網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應用領域海,02,方案設計,02方案設計,02,方案設計,工作原理,02 方案設計工作原理,02,方案設計,設計要求,水聲傳感器節(jié)點研制,（,1,）功耗小于,20W,（,2,）通信傳輸成功率大于,90%,（,3,）集收發(fā)功能于一體,MAC,協(xié)議仿真與移植,（,1,）高吞吐量,（,2,）低能耗,（,3,）可移植性強,02 方案設計設計要求 （1）功耗小于20W,02,方案設計,硬件方案,02 方案設計硬件方案,02,方案設計,水聲換能器,水聲換能器,型號,MODEL T235,諧振頻率,17KHz,有效
3、頻帶,1025KHz,諧振頻率處的電導值,0.55mS,諧振頻率處的電納值,2.2mS,發(fā)送模式的激勵電壓幅度值,120V,聲源級,180dB,發(fā)射指向性指數(shù),5dB,電聲轉換效率,30%,02 方案設計水聲換能器水聲換能器型號MODEL T235諧,02,方案設計,水聲換能器,MAC,協(xié)議方案,仿真平臺,Network Simulator Version 3,（,1,）免費、開源、易拓展,（,2,）,C+,編寫、,Python,綁定,（,3,）,MAC,協(xié)議模塊豐富,MAC,協(xié)議,CW,（,Contention Window,）,-MAC,（,1,）節(jié)約信道資源,（,2,）低碰撞率,（,3,
4、）適應網(wǎng)絡拓撲變化,02 方案設計水聲換能器MAC協(xié)議方案,03,傳感器節(jié)點研制,03傳感器節(jié)點研制,03,傳感器節(jié)點研制,水聲換能器,詳細框圖,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器詳細框圖,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,電源轉換電路,24V-5V-3.3V,24V-12V,24V-5V,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器電源轉換電路24V-5V,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,微控制器核心電路,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器微控制器核心電路,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,工作模式切換電路,（,1,）,CTR_Power,引腳拉高，“發(fā)送模式”開啟,（,2,）,CTR_Receiver,
5、引腳拉高，“接收模式”開啟,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器工作模式切換電路（1）CTR_,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,驅動放大電路,驅動放大后的信號功率可以達到,16W,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器驅動放大電路驅動放大后的信號功,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,阻抗匹配電路,（,1,）變阻匹配：,EC28/34,變壓器,最大,傳輸功率,100,（,W,）,工作頻率,10500,（,KHz,）,磁芯的有效截面積,83.4,（,mm,2,）,工作磁感應強度,160,（,mT,）,電感系數(shù),2.410,-6,（,H,）,尺寸大小,281711.3,（,mm,3,）,（,2,）諧振匹配：
6、串聯(lián)電感,（,3,）相關參數(shù)：初級匝數(shù),-52,匝,次級,匝數(shù),-,130,匝,串聯(lián)電感,-,4mH,正負,120V,交替輸出,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器阻抗匹配電路（1）變阻匹配：E,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,增益放大電路,放大增益：,73dB,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器增益放大電路放大增益：73dB,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,帶通濾波電路,通帶頻段：,1025KHz,中心頻率：,17KHz,通帶增益：,-3dB,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器帶通濾波電路通帶頻段：102,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,軟件組成與狀態(tài)機,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器軟件組成
7、與狀態(tài)機,03,傳感器,節(jié)點研制,水聲換能器,數(shù)據(jù)鏈路層軟件設計,物理層傳輸接口,UML,類,圖,載波偵聽流程,MAC,層封裝后的數(shù)據(jù)幀格式,03 傳感器節(jié)點研制水聲換能器數(shù)據(jù)鏈路層軟件設計物理層傳輸接,04,協(xié)議仿真與移植,04協(xié)議仿真與移植,04,協(xié)議仿真與移植,水聲換能器,CW-MAC,協(xié)議,工作狀態(tài)機,握手流程,數(shù)據(jù)包長度,Length,數(shù)據(jù)包類型,Type,發(fā)送地址,ID,Source,ID,接收地址,ID,Destination ID,網(wǎng)絡分配矢量,NAV,數(shù)據(jù)幀校驗,CRC,發(fā)送,地址,ID,Source,ID,接收地址,ID,Destination ID,網(wǎng)絡分配矢量,NAV,
8、確認接收標志,FLAG,數(shù)據(jù)幀校驗,CRC,RTS/CTS,幀格式,ACK,幀格式,04 協(xié)議仿真與移植水聲換能器CW-MAC協(xié)議工作狀態(tài)機握手,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,優(yōu)缺點分析,優(yōu)點：,（,1,）隨機退避，降低碰撞率,（,2,）,RTS/CTS,、,DATA/ACK,握手交互，保證可靠性,（,3,）,MAC,層參數(shù)：,CW,（競爭窗口）與,（固定時隙），算法實現(xiàn)簡單,缺點：缺乏信道競爭“公平性”，,CW,值需要根據(jù)節(jié)點位置調(diào)整,04 協(xié)議仿真與移植水聲優(yōu)缺點分析優(yōu)點：（1）隨機退避，降低,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,HCW-MAC I,協(xié)議,（,CW,i,：節(jié)點,i,配置的,CW cw
9、,：,CW,初始值,）,04 協(xié)議仿真與移植水聲HCW-MAC I協(xié)議（CWi：節(jié),04,協(xié)議仿真與移植,水聲,HCW-MAC II,協(xié)議,原理：基于按到靜默節(jié)點距離異構調(diào)整,CW,值,作用：降低“碰撞率”影響,（節(jié)點,i,不會與靜默節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)包碰撞的概率）,（節(jié)點,i,到所有靜默節(jié)點的平均距離）,（,CW,i,：節(jié)點,i,配置的,CW cw,：,CW,初始值）,04 協(xié)議仿真與移植水聲HCW-MAC II協(xié)議原理：基于按,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,仿真場景,仿真參數(shù),NS-3,仿真流程,星型拓撲結構,04 協(xié)議仿真與移植水聲仿真場景仿真參數(shù)NS-3仿真流程星型,04,協(xié)議仿真與移植,水聲
10、,性能指標,平均吞吐量,（,bits/second,）,：,（,發(fā)送節(jié)點,能耗）,（接收節(jié)點能耗）,（靜默節(jié)點能耗）,（數(shù)據(jù)包單次傳輸成功）,（數(shù)據(jù)包單次傳輸失?。?（仿真周期內(nèi)的平均能耗）,04 協(xié)議仿真與移植水聲性能指標 平均吞吐量（,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,CW-MAC,協(xié)議仿真,04 協(xié)議仿真與移植水聲CW-MAC協(xié)議仿真,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,CW-MAC,及其改進協(xié)議仿真,04 協(xié)議仿真與移植水聲CW-MAC及其改進協(xié)議仿真,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,CW-MAC,及其改進協(xié)議仿真,04 協(xié)議仿真與移植水聲CW-MAC及其改進協(xié)議仿真,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,HCW
11、-MAC II,協(xié)議移植,04 協(xié)議仿真與移植水聲HCW-MAC II協(xié)議移植,04,協(xié)議仿真與移植,水聲,收發(fā)工作流程,04 協(xié)議仿真與移植水聲收發(fā)工作流程,05,系統(tǒng)測試,05系統(tǒng)測試,05,系統(tǒng)測試,水聲,測試環(huán)境,水池的長寬高為,5m,1.7m,1.5m,探頭兩端距離初始值為,0.5m,05 系統(tǒng)測試水聲測試環(huán)境水池的長寬高為5m1.7m1.,05,系統(tǒng)測試,水聲,傳感器節(jié)點硬件,05 系統(tǒng)測試水聲傳感器節(jié)點硬件,05,系統(tǒng)測試,水聲,發(fā)送電路調(diào)試,初始信號波形,驅動電路輸出波形,驅動換能器的信號波形,05 系統(tǒng)測試水聲發(fā)送電路調(diào)試初始信號波形驅動電路輸出波形驅,05,系統(tǒng)測試,水聲,
12、接收電路調(diào)試,接收,信號,波形,增益放大,電路輸出波形,濾波電路輸出,波形,05 系統(tǒng)測試水聲接收電路調(diào)試接收信號波形增益放大電路輸出波,05,系統(tǒng)測試,水聲,系統(tǒng)通信測試,換能器成本高，測試采用兩個節(jié)點,發(fā)送節(jié)點功耗：,13.2W,接收節(jié)點功耗：,1.2W,05 系統(tǒng)測試水聲系統(tǒng)通信測試換能器成本高，測試采用兩個節(jié)點,05,系統(tǒng)測試,水聲,上位機界面,05 系統(tǒng)測試水聲上位機界面,05,系統(tǒng)測試,水聲,測試結果記錄,05 系統(tǒng)測試水聲測試結果記錄,06,總結展望,06總結展望,06,總結展望,水聲,總結,START!,FINISH!,確定了系統(tǒng)的總體框架、水聲傳感器節(jié)點研制的軟硬件架構以及,
13、MAC,協(xié)議仿真移植的實現(xiàn)方案,確定方案,硬件上，微控制核心電路、驅動放大電路、帶通濾波電路等電路設計；軟件上，物理層、應用層、數(shù)據(jù)鏈路層的軟件設計,傳感器節(jié)點研制,在,NS-3,平臺上對,CW-MAC,及其兩種改進協(xié)議進行仿真對比，并實現(xiàn)了在硬件上的移植,MAC,協(xié)議仿真移植,搭建實驗環(huán)境，驗證系統(tǒng)的通信功能以及,低,功耗特性,系統(tǒng)測試,06 總結展望水聲總結START!FINISH!確定了系統(tǒng)的,06,總結展望,水聲,展望,提升系統(tǒng)的工作深度，支持更大的信號發(fā)射角,更換換能器,通過增加系統(tǒng)校驗等方式提升系統(tǒng)的抗干擾能力,在改進的,HCW-MAC,協(xié)議中補充定量分析,優(yōu)化,MAC,協(xié)議,增加換能器數(shù)量，記錄吞吐量等性能指標,增加測試節(jié)點個數(shù),利用網(wǎng)絡層的路由信息跨層設計,MAC,協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的多跳傳輸,跨層設計協(xié)議,06 總結展望水聲展望提升系統(tǒng)的工作深度，支持更大的信號發(fā)射,
水聲傳感器網(wǎng)絡通信與競爭型MAC協(xié)議研究課件
