1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)和軍事發(fā)展的需求，海洋資源開發(fā)、海洋能源利用等現(xiàn)代海洋高新技術(shù)的研究已成為世界新科技革命的主要領(lǐng)域之一，其中水下無線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與裝備已成為各海洋大國不遺余力進(jìn)行研究的主要對象。水下無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)展對于建立水下立體通信網(wǎng)絡(luò)、水下無線預(yù)警網(wǎng)絡(luò)、水下無線導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)具有重要意義。為滿足當(dāng)前海洋探測、海洋軍事等領(lǐng)域?qū)λ峦ㄐ诺囊?，該通信網(wǎng)絡(luò)在感知環(huán)境因素，自適應(yīng)調(diào)整通信模式的基礎(chǔ)上，既要能夠提供遠(yuǎn)、

2、中、近程中低速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和語音通信，又要能夠提供中、近程實(shí)時(shí)高速圖像數(shù)據(jù)傳輸及多媒體通信功能。因此，為適應(yīng)以上需求，本文研究了多模式自適應(yīng)水下無線通信網(wǎng)所涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)和內(nèi)容。主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴提出了基于軟件無線電技術(shù)的多模式自適應(yīng)水下無線通信網(wǎng)絡(luò)的概念和相應(yīng)的框架結(jié)構(gòu)。并對其物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層所涉及的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行了簡要分析。同時(shí)，針對水下無線通信網(wǎng)的安全需求，提出了水下無線通信網(wǎng)的安全體系結(jié)構(gòu)框架，并進(jìn)行了簡要

3、的分析。
　　 ⑵介紹了水下無線光通信信道以及水下無線水聲通信信道的特點(diǎn)和建模方法，研究了分別適應(yīng)于深海信道的LDPC空時(shí)編碼方案，以及適應(yīng)于淺海信道的TURBO空時(shí)編碼方案。為簡化接收端解碼的復(fù)雜度，研究了統(tǒng)一的自適應(yīng)解碼方案。
　　 ⑶根據(jù)水下無線通信系統(tǒng)對調(diào)制解調(diào)方式的需求，通信節(jié)點(diǎn)首先根據(jù)數(shù)據(jù)量大小以及對速率和帶寬的要求，確定調(diào)制模式。同時(shí)，結(jié)合MAC層協(xié)議，研究創(chuàng)建了一種跨層的自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框架，利用收發(fā)雙

4、方的握手信息攜帶當(dāng)前信道狀態(tài)，由發(fā)射方根據(jù)馬爾科夫模型預(yù)計(jì)信道未來狀態(tài)，從而自適應(yīng)選擇合適的調(diào)制制式，并利用握手信號通知接收方。為滿足水下通信對功率、頻率等資源的特殊要求，發(fā)射方根據(jù)握手信息，判斷雙方通信距離，并依據(jù)距離與信道信噪比的關(guān)系，根據(jù)注水原則，確定最優(yōu)資源分配方案。
　　 ⑷成簇策略是水下通信網(wǎng)拓?fù)涞暮诵乃惴ǎ捎谖覀冴P(guān)注的重點(diǎn)在于如何更大限度的節(jié)省能量，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命，因此，我們將成員節(jié)點(diǎn)的剩余能量與整個(gè)簇的剩余

5、能量的加權(quán)平均值的比值作為選取簇頭的依據(jù)，提出了簇頭選擇算法。針對分簇的水下無線通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為有效降低沖突發(fā)生的概率，避免隱藏端問題，我們研究了簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的基于時(shí)隙分配的EQE-MAC協(xié)議，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要與簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，只有在屬于自己的通信時(shí)隙內(nèi)才能進(jìn)行通信，其余時(shí)間處于睡眠狀態(tài)。由于簇間通信時(shí)，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的時(shí)隙分配，以及時(shí)隙同步，因此，我們研究了預(yù)約(Reservation)-監(jiān)聽(Monitor)-睡眠(Sleep)

6、方式，即RMS-MAC協(xié)議。同時(shí)，為保證重要數(shù)據(jù)的優(yōu)先發(fā)送，我們研究了基于優(yōu)先級的自適應(yīng)訪問控制工作方式來支持猝發(fā)通信模式。由于我們假定簇內(nèi)為一跳網(wǎng)絡(luò)，因此針對簇間存在移動節(jié)點(diǎn)的場景，我們提出了基于VBF的能量改進(jìn)路由協(xié)議算法。整套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是從能量均衡和能量節(jié)省的角度出發(fā)，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能量分布更加平均，以便于延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　 ⑸提出了以FPGA、DSP、以及ARM等可編程器件為主的基于軟件無線電技術(shù)的水下無