水聲傳感器網絡路由協(xié)議的研究.pdf

1、海洋區(qū)域占地球表面積的70％以上，世界上一半的人口居住在沿海區(qū)域的100km之內。海洋不但給人類提供許多自然資源，而且在運輸、災難預防、商業(yè)開發(fā)、科學探索、軍事防御和戰(zhàn)略部署等方面起到至關重要的作用。隨著陸地資源的不斷減少，人類開始重視海洋資源的開發(fā)和利用。然而，由于海洋的覆蓋區(qū)域巨大而且水下環(huán)境極其惡劣，傳統(tǒng)探索海洋的方法不適于深海區(qū)域的研究，因此當前人類所探索的海洋區(qū)域不足總區(qū)域的10％。為了完成水下惡劣環(huán)境下的探索任務，水聲傳感器

2、網絡技術受到了研究人員和產業(yè)人士的高度重視，特別是那些研究陸地傳感器網絡的學者和專家。由于水聲傳感器網絡面臨著部署稀疏、能量約束、高度移動性、傳播速率低等諸多挑戰(zhàn)，因此作為組網技術的水聲傳感器網絡路由協(xié)議成為當前學術界的一個研究熱點。
　　本文討論了水聲傳感器網絡路由協(xié)議的可靠性問題、能量約束以及端到端時延等關鍵問題，設計了三個水聲傳感器網絡路由協(xié)議提高網絡的綜合性能。本文的主要貢獻如下:
　　首先，為了提高節(jié)點均勻分布、單

3、sink網絡體系結構的水聲傳感器網絡的傳輸可靠性同時降低端到端的時延、能量消耗，提出了基于下一跳轉發(fā)區(qū)域和下一跳到sink剩余距離的路由協(xié)議。算法在計算節(jié)點轉發(fā)優(yōu)先級時，同時考慮了下一跳轉發(fā)區(qū)域的體積和下一跳到sink剩余距離的數學期望，從而有效地提高每一跳的傳輸可靠性和降低端到端時延以及能量開銷。另外，提出了累積傳播距離和轉發(fā)次數2個性能指標，用于輔助說明仿真實驗結果。仿真結果驗證了所提出算法的有效性。
　　其次，為了減少重復數

4、據包的數量和提高每一跳的能量效率，針對單sink體系結構的節(jié)點隨機分布水聲傳感器網絡，在VBF基礎上提出了自適應、逐跳地調整虛擬管道半徑的路由協(xié)議AHH-VBF。AHH-VBF根據鄰居節(jié)點與虛擬矢量的距離確定虛擬管道的半徑，減少重復數據包的數量;同時在數據轉發(fā)過程中根據鄰居節(jié)點與自身之間的距離確定合適的傳輸功率，在保證可靠性的情況下減少能量的開銷。為了減少控制包所產生的開銷，根據局部網絡拓撲結構和節(jié)點移動特點提出了鄰居節(jié)點預測機制，并根

5、據網絡拓撲變化速度設計鄰居請求數據包之間的發(fā)送時間間隔。最后提出了傳播偏移因子和有效鄰居節(jié)點數目兩個性能指標，用于輔助說明仿真實驗結果。利用NS-3仿真工具對數據包交付率、能量開銷和端到端時延三個性能指標與經典的路由協(xié)議進行比較，驗證AHH-VBF的有效性，同時測試了網絡參數對網絡性能的影響。
　　最后，針對多sink體系結構的節(jié)點隨機分布水聲傳感器網絡，設計了基于深度加權和轉發(fā)區(qū)域劃分的路由協(xié)議WDFAD-DBR。為了減少局部稀

6、疏區(qū)域遇見空洞的概率，在計算數據包持有時間時不僅考慮了當前節(jié)點的深度，而且考慮了下一跳轉發(fā)節(jié)點的深度。其次，為了減少局部稠密區(qū)域的重復數據包數量，根據節(jié)點密度和鏈路質量利用克洛三角形把轉發(fā)區(qū)域劃分為主轉發(fā)區(qū)域和輔助轉發(fā)區(qū)，在保證傳輸可靠性的情況下減少重復數據包的數量。而且，針對多sink體系結構特點，也提出了相應的鄰居節(jié)點預測機制減少由于控制包所產生的額外開銷;同時對控制包ACK在接收端的沖突概率進行了理論分析。在仿真實驗中，除了與經典