基于水声通信的多UUV系统网络协议研究

随着海洋作业需求的不断复杂化和多样化，单台水下机器人的功能逐渐显示出一定的局限性。于是由多台水下机器人组成的协作系统逐渐成为研究热点。多水下机器人系统具有稳定性和可靠性高、探测范围广、功能丰富、工作效率高等特点、在海洋水文数据取样、水下目标搜索、海洋资源勘探等许多方面有着广阔的应用前景。多水下机器人系统能够进行协同作业的基本前提是在水下机器人之间的存在可靠而高效的水声通信网络。为了克服多水下机器人网络中存在的低信道带宽、长传播延时、低信道稳定性、节点能量受限等诸多困难，设计适用于多水下机器人网络的通信协议成为多水下机器人领域的重要的基础性的课题，具有重要的理论和现实意义。 本文首先研究了多水下机器人水声通信网络技术的发展历史和概况。然后从水下机器人和水声通信网络两方面研究了多水下机器人水声通信网络的特点、难点。在水声通信网方面，分析了网络拓扑、物理层和数据链路层的现有解决方案，并结合了多水下机器人水声通信网络的特点，选择了合适的网络拓扑，物理层水声通信机、数据链路层媒介访问控制协议作为研究工作的起点。 然后，本文根据多水下机器人水声通信网络的特点，研究了多水下机器人水声通信网络协议设计的基本思想，并依据该思想设计并实现了多水下机器人水声通信网络协议。该网络协议在退避算法、能量控制、媒介访问控制、序号机制、捎带机制、网络地图等方面做了一定的改进。 接着，为了方便调试、评估该网络协议，本文首先建立了水声通信的经验模型，并在此基础上设计并实现了一个基于局域网的多水下机器人水声网络协议仿真系统。在该仿真系统上，本文对协议进行了仿真和分析，仿真结果表明本文所设计的协议要优于原型协议。 最后，本文对多水下机器人水声通信网络的几个问题进行了探讨，并作了总结与展望。