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基于NS-3的声电协同网络实现及路由性能分析

江子龙 王焱 钟雪峰 陈芳炯 官权升 季飞

江子龙, 王焱, 钟雪峰, 陈芳炯, 官权升, 季飞. 基于NS-3的声电协同网络实现及路由性能分析[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2014-2023. doi: 10.11999/JEIT211274
引用本文: 江子龙, 王焱, 钟雪峰, 陈芳炯, 官权升, 季飞. 基于NS-3的声电协同网络实现及路由性能分析[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2014-2023. doi: 10.11999/JEIT211274
JIANG Zilong, WANG Yan, ZHONG Xuefeng, CHEN Fangjiong, GUAN Quansheng, JI Fei. Implementation and Routing Performance Analysis Based on Network Simulator-3 for Coordinate Radio-Acoustic Network[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2014-2023. doi: 10.11999/JEIT211274
Citation: JIANG Zilong, WANG Yan, ZHONG Xuefeng, CHEN Fangjiong, GUAN Quansheng, JI Fei. Implementation and Routing Performance Analysis Based on Network Simulator-3 for Coordinate Radio-Acoustic Network[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2014-2023. doi: 10.11999/JEIT211274

基于NS-3的声电协同网络实现及路由性能分析

doi: 10.11999/JEIT211274
基金项目: 国家自然科学基金(62192711),广东省科技计划项目(2017B030314003)
详细信息
    作者简介:

    江子龙:男,1991年生,博士生,研究方向为无线通信组网、声电协同网络路由

    王焱:男,1995年生,博士生,研究方向为水下传感器网络、声电协同网络接入

    钟雪峰:男,1993年生,讲师,研究方向为水声通信网络性能分析

    陈芳炯:男,1975年生,教授,研究方向为无线通信及组网技术,具体包括信道估计与均衡、新型调制技术,声电协同组网等

    官权升:男,1985年生,教授,研究方向为水声网络

    季飞:女,1970年生,教授,研究方向为移动通信技术与网络、水声通信与水下传感器网络、水声探测等

    通讯作者:

    陈芳炯 eefjchen@scut.edu.cn

  • 中图分类号: TN929.3; TP393

Implementation and Routing Performance Analysis Based on Network Simulator-3 for Coordinate Radio-Acoustic Network

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62192711), Science and Technology Planning Project of Guangdong Province (2017B030314003)
  • 摘要: 水下无线通信主要依靠水声通信的方式进行信息传输。但水声链路本身具有高时延和高误码率等不足,为水下应用提供低时延的通信服务是一项具有挑战性的工作。声电协同网(CRAN)旨在充分利用水面无线电链路弥补水声网络(UAN)的性能局限,提升网络的整体性能。其中,CRAN中的路由协议需要构建声、电混合路径,是声电协同网络研究中的关键问题。该文首先在网络模拟器3(NS-3)中设计并实现了声电浮标节点与CRAN协议栈,搭建了CRAN的仿真平台。随后探讨了以无线自组网按需平面距离向量路由协议(AODV)为代表的被动式路由在CRAN中的应用。该文发现,AODV协议使用的距离向量准则在CRAN中能够更多地选择高速的无线电链路进行数据转发,有效地降低了网络传输时延。最后,通过仿真对AODV与其他协议的性能进行了对比、分析。结果表明,CRAN在投递率、传输时延、网络吞吐量、能效和路由响应速度方面对比水声通信网有较大提升。同时,以AODV为代表的被动路由协议,相比于以优化链路状态路由协议(OLSR)为代表的主动路由协议更适用于CRAN。
  • 图  1  声电协同网络架构

    图  2  声电协同网络中的节点

    图  3  声电浮标节点协议栈

    图  4  声电浮标节点中的队列设置

    图  5  相同信道中的数据转发

    图  6  AODV路由建立过程时序图

    图  7  不同仿真阶段的投递率

    图  8  不同数据包发送间隔下的投递率

    图  9  不同仿真阶段的传输时延

    图  10  不同数据包发送间隔下的传输时延

    图  11  不同仿真阶段的网络吞吐量

    图  12  不同数据包发送间隔下的网络吞吐量

    图  13  不同仿真阶段的能效特性

    图  14  不同数据包发送间隔下的能效特性

    图  15  路由建立用时

    图  16  活跃路由链路组成

    表  1  仿真参数设置

    仿真参数名称参数值
    水声通信中心频率(kHz)25
    水声通信带宽(kHz)10
    水声通信调制方式PSK
    无线电符号速率(Mbps)1
    无线电调制方式OFDM
    无线电传播速度(km/s)3×108
    节点移动速度(m/s)1
    水深(m)500
    水下声速(m/s)1500
    数据包发送间隔(s)3
    仿真时长(s)2000
    水声通信传输距离(km)2
    数据包长度(Byte)400
    水声通信符号速率(bps)12000
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-16
  • 修回日期:  2022-04-24
  • 网络出版日期:  2022-04-28
  • 刊出日期:  2022-06-21

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