基于时序串行化的水下光网络I-SAND协议研究OA

【目的】随着海洋探测和国防安全等领域对水下多节点协同作业需求的增长,基于发光二极管(LED)的水下光组网技术因具有高带宽和低延迟等优势受到广泛关注。为解决光的定向辐射与自主式水下航行器(AUV)等节点移动性带来的邻居发现难问题,文章提出了基于时序串行化的改进型扇区天线邻居发现(I-SAND)协议。【方法】该协议将邻居发现过程分为3个阶段:在Improved-Hone-in阶段,通过发射周期性Hone-in信标与文章提出的信标应答机制协同工作,实现节点间时序对齐、扇区对准和邻居数量感知;在Improved-Hello-reply双向握手链路建立阶段,提出分组时隙冲突筛选(PSCS)机制,通过身份标识号(ID)过滤和多轮筛选实现冲突避免;在令牌传递阶段,通过低开销可回溯的深度优先遍历算法优化令牌传递路径,实现邻居节点的时序串行化发现。【结果】仿真表明,随着节点数量的增加,I-SAND协议的邻居发现时延显著低于基于扫描的确定性算法(SBA-D)协议和基于邻居交集迭代的邻居发现算法(ICN-ND)协议,其邻居发现效率较ICN-ND协议提升约24.7%,较SBA-D协议提升约43.6%。与SAND协议相比,I-SAND协议在节点数量较少时时延和控制开销与其相当,但随着节点数量的增加,其时延和控制开销的优化效果显著优于SAND协议。【结论】I-SAND协议基于令牌传递机制实现邻居时序串行化发现,其邻居发现时延性能和邻居发现效率显著优于SBA-D和ICN-ND协议;与SAND协议相比,在节点数量较少时,二者时延与控制开销相当,在节点数量增加时,I-SAND协议性能显著优于SAND协议。仿真对比验证了其在水下光组网中的优越性能,有效解决了定向光传输特性与AUV移动性带来的邻居发现难题。