基于博弈论的水声网络MAC协议设计

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w_mz2007
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水声网络在海洋资源勘探、环境监测、灾害预警、国家安全等方面有着巨大的应用需求。如何根据水下声传输特性,有针对性地设计高效、高鲁棒性、高生存期的水声网络在世界范围内依旧是一个研究热点。媒介接入控制(MAC)协议是影响水声网络性能的关键因素。由于水下声传播的长时延特性,水声网络在媒介接入过程中往往会存在时空耦合的特性,即接收端传输碰撞受到空间与时间的耦合影响。如何协调各节点间对信道资源的合理共享,避免数据包传输之间的冲突是MAC协议亟需解决的问题。本文中的MAC协议设计主要考虑以下几种水声信道存在的难点:水下时间同步较难实现、信息交互消耗巨大、网络拓扑结构较难获取以及水下节点能量受限。针对这些问题,本文提出了一种无需时间同步、仅依赖本地信息并自适应形成各节点发送策略的分布式水声网络MAC协议——ES-MAC(Evolutionarily Slotted MAC)。其中,基于本地的数据传输反馈采用自回归模型进行策略收益的估计,模仿进化博弈理论进行策略的动态更新,并使用滑动平均方法调整更新的速度,平衡了平缓更新与快速反应的特点。最终实现自适应地动态更新策略集合,使得各节点的策略收敛到纳什均衡点。NS-3网络仿真平台的实验结果表明,本文基于博弈论的ES-MAC协议相对于SlottedAloha以及ES-MAC等概率选择策略的情况拥有更好的数据投递率与网络吞吐量性能,在保证较高数据投递率的情况下其网络吞吐量远远超过Slotted-FAMA。同时,在网络负载增大的情况下,ES-MAC协议也能保证较为稳定的网络性能。
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