利用复杂信道空变性获得冲突避免的水声网络多址接入机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61571367
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0107.海上和水下通信
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

It is the harsh underwater environment that causes the complex space varied features of underwater acoustic channel. Utilizing the complex space varied features of underwater acoustic channel, time reversal could lead to adaptive time and space focusing. Our previous study has confirmed that it is the time and space focusing ability of time reversal that could greatly weaken the broadcast feature of underwater acoustic channel. Thus, we present a hypothesis that time reversal may play a significant role in isolating signal interference between adjacent links and then in completing collision avoidance and covert transmission for underwater acoustic networks. To accelerate the development of the ocean underwater acoustic networking, considering the limited energy supply of each node, facing the problem of achiving collision avoidance utilizing the complex space varied features of underwater acoustic channel, we plan to study the energy efficient medium access control mechanism for distributed multi-hop underwater acoustic networks based on time reversal, (1) analyze the complex space varied features of underwater acoustic channel and the time and space focusing ability of time reversal, (2) establish a probe sense based collision avoidance model based on proactive time reversal, (3) study the random multiple access control mechanism based on proactive time reversal probe reservation, the probe updating strategy based on optimized frame size, and the strategy to minimize energy consumption when the proactive time reversal medium access control mechanism is adopted, thus aiming at resolving the transmission collisions and induce packet retransmissions which cause low channel utilization, long access delay and great energy consumption for bandwidth and energy both constrained underwater acoustic networks. Finally, the proposed methods and algorithm are verified by simulations and experiments. The establishment of project is significant for the enhancement of underwater acoustic networking, information acquiring and maritime monitor networks establishment.
恶劣海洋环境造成水声信道复杂的空变性。时间反转(TR)利用复杂信道空变性可实现接收信号空时聚焦。申请者前期研究证实TR空时聚焦性可有效削弱水声信道广播特性,因此提出:利用复杂信道空变性,TR在水声网络中可发挥隔离链路间信号干扰进而获得冲突避免与隐蔽传输的重要作用。应水声网络技术发展的迫切需要,结合结点能量受限,本项目研究复杂空变信道下基于TR的水声网络多址接入机理,(1)分析水声信道复杂空变特性与水声网络TR空时聚焦性;(2)建立基于主动TR探针侦听的冲突避免模型;(3)突破基于探针预约的随机多址接入、基于最佳帧长的探针更新、低能耗主动TR多址接入等关键技术,解决复杂恶劣海洋环境下带宽能耗双受限的水声网络存在的数据包传输碰撞及其带来的重传,导致信道利用率低、时延长与能耗大的问题;(4)开展水池/湖上实验,验证并完善所提理论方法。为增强水下组网与信息感知能力、建立海洋监测网提供有力支持。

结项摘要

恶劣海洋环境造成水声信道复杂的空变性。时间反转(TR)利用复杂信道空变性可实现接收信号空时聚焦。主动TR利用复杂水声多径传播造成的网络中不同链路间信道响应的空间弱相关性,获得信号在接收位置的空时聚焦,发挥了有效隔离分布式多跳环境下相邻链路间信号干扰的关键作用,显著提高水声网络链路的空分复用度。应水声网络技术发展的迫切需要,结合结点能量受限,本项目在分析水声信道复杂空变特性与水声网络TR空时聚焦性的基础上,研究复杂空变信道下基于TR的水声网络多址接入机理,验证了主动时反多址接入在水声网络中的可行性与优越性。通过本项目的研究,建立了基于主动TR探针侦听的冲突避免模型,提出了面向链路间干扰抑制的水声网络时反多址接入方法,进一步提升了网络空间复用度,这对带宽有限的水声网络具有重要的价值和意义;在此基础上,本项目基于湖试实验结果,研究了信道时变性对时反多址接入的影响,并提出了基于时变周期的探针更新方法;针对结点能耗受限,本项目提出了按需休眠机制和基于按需休眠的水声网络时反多址接入机制,提出了基于功率控制的时反多址方法,有效延长水声网络寿命;为了构建逼真的水声网络仿真环境,构建了基于BELLHOP+MATLAB+OPNET的水声网络联合仿真模型,为复杂海洋环境下水声网络建模奠定基础。时反多址接入技术是继CDMA之后的一种新的提高网络空间复用度的接入方法。该方法适用于信道具有空变性的网络中,而水声网络是典型的具有空变信道的网络,这为时反多址接入在水声网络中的成功应用奠定了基础。本项目变水声环境劣势为优势,提出的基于主动时反冲突避免的多址接入机制,为复杂恶劣海洋信道下带宽与能耗双受限的分布式多跳水声网络,减小数据包传输碰撞与重传,提高信道利用率并降低时延与能耗提供了新的途径,同时也为水下网络化低截获传输提供了新的技术途径。其研究成果可应用在水下物联网、空天地海一体化、大范围海域监测、海洋灾情监测与预报等领域。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(20)
基于主动时反的浅海目标DOA估计优化算法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1000-2758.2018.02.010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    西北工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    荆海霞;王海燕;刘郑国;申晓红;张之琛
  • 通讯作者:
    张之琛
A Double Rate Localization Algorithm with One Anchor for Multi-Hop Underwater Acoustic Networks.
一种多跳水声网络单锚双速率定位算法
  • DOI:
    10.3390/s17050984
  • 发表时间:
    2017-04-28
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gao J;Shen X;Zhao R;Mei H;Wang H
  • 通讯作者:
    Wang H
DOA Estimation for Underwater Target by Active Detection on Virtual Time Reversal Using a Uniform Linear Array.
利用均匀线性阵列虚拟时间反演主动检测来估计水下目标的 DOA
  • DOI:
    10.3390/s18082458
  • 发表时间:
    2018-07-29
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jing H;Wang H;Liu Z;Shen X
  • 通讯作者:
    Shen X
Propagation properties of OAM modes carried by partially coherent LG beams in turbulent ocean based on an oceanic power-law spectrum
基于海洋幂律谱的部分相干LG光束在湍流海洋中携带的OAM模式的传播特性
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2019.03.038
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Yi Xiang;Zheng Ruiqi;Yue Peng;Ding W;ong;Shen Cong
  • 通讯作者:
    Shen Cong
Performance of decode-and-forward mixed RF/FSO system over kappa - mu shadowed and Exponentiated Weibull fading
解码和转发混合 RF/FSO 系统在 kappa - mu 阴影和指数威布尔衰落上的性能
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2019.01.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Yi Xiang;Shen Cong;Yue Peng;Wang Yamin;Ao Qingqing
  • 通讯作者:
    Ao Qingqing

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其他文献

基于概率的自适应跳频通信系统的跳频图案产生方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    数据采集与处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晓文;申晓红;姜喆;赵瑞琴;王海燕
  • 通讯作者:
    王海燕
非辅助无线移动自组织网络定向邻居发现算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    高技术通讯
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵瑞琴;岳明;申晓红;王海燕
  • 通讯作者:
    王海燕
基于最佳转播模型的无线多跳网络广播机制及性能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵瑞琴;申晓红;张效民;王海燕
  • 通讯作者:
    王海燕
水声自适应混沌概率跳频通信方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    西安理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜喆;王海燕;杨晓文;赵瑞琴
  • 通讯作者:
    赵瑞琴
水声OFDM通信系统中的最优子载波功率分配
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    西北大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜喆;王海燕;赵瑞琴;申晓红
  • 通讯作者:
    申晓红

其他文献

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赵瑞琴的其他基金

无序碰撞和随机中断双容忍的水声传感网络MAC与路由高效联合机会传输机理
  • 批准号:
    62071385
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    64 万元
  • 项目类别:
    面上项目
海洋时变空变信道水声网络不指定路径的稳健路由机理
  • 批准号:
    51249005
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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