💥1 概述

摘要： 模拟是水声网络（UAN）协议开发和实证评估的重要组成部分。可信网络模拟模型的关键特征是一个逼真的信道模型。模拟逼真的水声信道（UWA）的常见方法是使用专门的波束追踪软件，如BELLHOP。然而，BELLHOP和类似的建模软件通常需要UAN协议设计者具备海洋声学知识，并投入大量编程工作将其集成到他们的研究中。本文是关于UWA信道建模的精简教程，重点关注网络模拟，提供了通过波束追踪进行低级信道建模与通过世界海洋模拟系统（WOSS）进行自动化信道建模之间的权衡。可与BELLHOP接口生成UAN仿真的信道数据。作为教程的一部分，我们描述了两种将这种信道数据纳入网络仿真的方法，包括每种方法的案例研究：1）直接将数据导入为查找表，2）使用数据创建统计信道模型。本文的主要目的是为UAN协议研究人员提供有用的学习资源和建模工具。本文介绍的统计信道建模方法对UAN协议设计和性能的初步见解表明，它具有成为未来UAN研究的强大建模工具的潜力。

编辑

近期水声调制解调器性能的发展[1]–[4]将使得大规模水声网络（UANs）在不久的将来成为可能。这种大规模UAN部署将有广泛的应用，例如水质监测[5]、地震监测[6]、海洋动物跟踪[7]、近海资产监测[8]以及利用自主水下车辆（AUVs）进行海洋探索[9]。然而，与陆地无线电系统相比，UANs的性能受到水声（UWA）通信介质的不利特性严重限制[10]：极慢的传播速度（声速通常在1450–1550 m/s之间）、低可用带宽（通常为几kHz的量级）、大的多径延迟扩展和多普勒效应。这些具有挑战性的信道特性需要专门为UANs设计协议[11]，[12]。

UAN协议的开发、测试和验证涉及两个主要步骤：模拟和海上实验。除了规避进行海上实验所涉及的高成本和物流挑战外，基于模拟的研究的主要优势在于它们使研究人员能够在受控、可重现的条件下测试他们的网络协议，并获得更全面、统计有效的结果，例如通过参数扫描、蒙特卡洛模拟等。相比之下，在海上实施和测试网络协议更适合作为验证步骤，以证明它们在真实部署中可以工作。在海上通常不具备进行参数扫描、基准比较和获得大量统计样本的网络协议性能的条件。相反，UAN海上实验通常是网络在特定环境中运行的演示。因此，在进行彻底的实证评估中，模拟具有特殊重要性。

在开发可信网络模拟模型中的一个关键挑战是对UWA信道特性进行逼真的表征。一般来说，在UAN协议文献中找到的信道模型可以分为三类：

二元距离模型。模拟UAN通信环境的最简单方法是根据固定的连接范围（例如，如果任意两个节点之间的距离小于最大连接范围，则它们之间存在链接）推导出节点之间的二元连接模式，并假设固定的传播速度为1500 m/s，例如[13]，[14]。虽然这是一种简单直观的方法，对于理论上的UAN协议开发很有用，但它过分简化了逼真的UWA信道的行为。

编辑

📚2 运行结果

编辑

编辑

编辑

编辑

编辑

编辑

编辑

编辑

编辑

编辑

部分代码：

% Set the fixed system parameters num_nodes = 11; tx_power = 170; % around 10 dB SNR for the intended transmissions intf_snr = 0; % 0 dB threshold to be detectable as an interferer data_pkt_dur = 0.5; % 500 ms long packets

% Create many eralizations of the linear network and parse STDMA parameters about them num_realizations = 1000; slot_lengths = NaN(1, num_realizations); frame_lengths = NaN(1, num_realizations); intf_hop_dist = NaN(1, num_realizations); for r = 1:num_realizations          % Create a network topology     [intf_map, delays, spreads] = init_topology(num_nodes, tx_power, intf_snr, r);          % Derive an STDMA schedule for it     [stdma_sched, slot_length] = derive_stdma_schedule(intf_map, delays, spreads, data_pkt_dur);          % Store the metrics about this STDMA schedule     slot_lengths(r) = slot_length;     frame_lengths(r) = size(stdma_sched, 2);      end

🎉3 参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删