水下傳感器網(wǎng)絡(luò)生存期延長策略研究.pdf

1、隨著世界各國海洋開發(fā)和海洋軍事領(lǐng)域的飛速發(fā)展，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，它主要應(yīng)用于對(duì)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的區(qū)域進(jìn)行中長期的水下預(yù)警、目標(biāo)檢測(cè)、海洋水文環(huán)境要素監(jiān)測(cè)等，其廣闊的應(yīng)用前景，引起了學(xué)術(shù)界和軍事界的高度重視。與無線電傳輸不同，海洋水聲信道的帶寬非常有限，其傳輸速度要比無線電信號(hào)低5個(gè)數(shù)量級(jí)，信號(hào)的強(qiáng)度受距離和頻率的影響較大；另外，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都是由電池供電的，限制了網(wǎng)絡(luò)的生存期。 如何能節(jié)約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

2、的能量，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，是本文的研究重點(diǎn)。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、應(yīng)用以及當(dāng)前的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域：接著分析了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)與能量消耗模型，針對(duì)目前傳感器網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的各種節(jié)能策略，從以下兩個(gè)方面進(jìn)行了研究： 由于數(shù)據(jù)傳輸消耗大量的能量，因此設(shè)計(jì)高效節(jié)能的路由協(xié)議使傳感器節(jié)點(diǎn)盡可能長時(shí)間的工作是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。一些路由協(xié)議僅考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)消耗的能量，并沒有考慮單個(gè)節(jié)點(diǎn)能

3、量消耗，導(dǎo)致整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的失效。我們提出的路由策略一路由選擇算法(Routing SelectionAlgorithm，簡稱RSA)正是解決負(fù)載平衡的有效方法，它使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能夠均勻地消耗能量，避免個(gè)別節(jié)點(diǎn)因頻繁使用而過早死亡，從而延長了網(wǎng)絡(luò)的壽命。例如，在直接傳輸中，最先死亡的是離基站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，而在多跳傳輸中，一般情況下，最先死亡的是離基站最近的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)根據(jù)基站所廣播的算法類型和直接傳輸概率，交替運(yùn)用直接傳輸和多跳傳輸，以

4、達(dá)到平衡整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗的目的。 在實(shí)際的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)密度比較大，檢測(cè)范圍存在相互重疊，即存在大量的冗余數(shù)據(jù)，如何消除冗余數(shù)據(jù)成為減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗的一種重要的策略，本文基于節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)半徑，提出了激活節(jié)點(diǎn)的路由選擇(Active NodesRouting Selection，簡稱ANRS)算法。．它是在激活節(jié)點(diǎn)選取(Active NodesSelection，簡稱ANS)算法的基礎(chǔ)上，將前面RSA算法改進(jìn)后引入。ANS算法

5、在保證檢測(cè)區(qū)域一重覆蓋的前提下，增加了處于休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，延長了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命。 本文對(duì)以上提出的算法進(jìn)行了理論分析和仿真驗(yàn)證。首先針對(duì)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對(duì)直接傳輸、多跳傳輸和RSA算法，從節(jié)點(diǎn)間距、節(jié)點(diǎn)數(shù)和頻率三方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)生存期、單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量損耗的影響進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，基于RSA算法的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)生存期延長策略，能有效得減少單個(gè)節(jié)點(diǎn)的耗能負(fù)載，均衡節(jié)點(diǎn)間能耗，使得數(shù)據(jù)通信能夠平均分布于多個(gè)節(jié)點(diǎn)，改善網(wǎng)絡(luò)性能