基于ELV的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能算法研究.pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也越來越受到人們的關(guān)注。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)范例，被設(shè)想應(yīng)用于海洋數(shù)據(jù)采集，海洋污染監(jiān)測，海面探測，海上災(zāi)難預(yù)防，海上援助導(dǎo)航和戰(zhàn)術(shù)監(jiān)控應(yīng)用等。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由若干靠聲波互相通信的水下傳感器、水下自治機器人(AUV)和一個負(fù)責(zé)與陸地上的控制中心進行聯(lián)絡(luò)的水面基站組成。AUV是一個無人操作的自動式平臺，他們?yōu)楹Ｑ笱芯空邆冴P(guān)于如何收集海洋數(shù)據(jù)的問題提供了簡單、長期且廉價

2、的解決方案。通常AUV被應(yīng)用于海洋取樣，水下系統(tǒng)檢查，并在軍事上用于魚雷防范措施操作。由于配備AUV的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)可以不受范圍和電纜的限制在遠(yuǎn)程控制下運作，因此它們能夠在海洋學(xué)，海洋環(huán)境監(jiān)測，水下資源研究中有廣泛的應(yīng)用。目前，人們的研究工作已經(jīng)證明了配備價格低廉的AUV和多個水下傳感器的潛水艇可以到達(dá)海洋中的任何深度，這說明它們還可以在許多方面加強水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能，如對三維沿海的海洋環(huán)境的取樣等。 盡管水下傳感器網(wǎng)絡(luò)有著廣

3、闊的應(yīng)用前景，但水下環(huán)境的特殊性造成了水下傳感器節(jié)點能量有限且無法再充電的特點，這構(gòu)成了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸。因此如何能節(jié)約水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的一個熱點。 本文以此為研究背景，首先介紹了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，特性，配備AUV的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和設(shè)計因素；本文分析了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗因素，并研究了現(xiàn)有的一些應(yīng)用于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)和策略；結(jié)合

4、某些陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)和水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能協(xié)議并加以改進，本文提出了一個水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能模型，并重點描述了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇的構(gòu)成和信道建立過程；隨著AUV技術(shù)的發(fā)展，很多水下傳感器網(wǎng)絡(luò)都配有AUV，因此水下傳感器網(wǎng)絡(luò)與AUV的通信問題也成為人們研究的焦點，本文分析了AUV的控制機制和運動模式，并結(jié)合本文提出的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)模型提出了一個用于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)與AUV實時通信的能效路由協(xié)議，該路由協(xié)議能夠使水下傳感器節(jié)點及時追蹤到AUV

5、的位置并將信息數(shù)據(jù)包由最短路徑傳遞給AUV；令水下傳感器節(jié)點進入周期性的休眠是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的最有效途徑，但由于休眠導(dǎo)致的通信延遲增大，或由于AUV的高速移動都會引起信息數(shù)據(jù)包傳送成功率的降低。針對此問題，本文提出了命中率的概念并從理論上描述了在保證信息傳送成功率的情況下，能量消耗、通信延遲、移動速度 (Energy、Latency、Velocitv簡稱ELV)三者之間的關(guān)系，即：基于ELV的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，為水下傳感器網(wǎng)絡(luò)