水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠路由協(xié)議的研究.pdf

1、水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是一種水下無纜通信網(wǎng)絡(luò)，通常由聲連接的海底傳感器節(jié)點(diǎn)、自主式水下運(yùn)載器和作為主節(jié)點(diǎn)的海面站組成的水聲無線通訊網(wǎng)絡(luò)。它們被部署在特定的區(qū)域執(zhí)行合作監(jiān)視任務(wù)。主要應(yīng)用于對水下傳感器網(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、海洋水文環(huán)境要素監(jiān)測等，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。 由于水下信道的復(fù)雜性，節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量受到環(huán)境噪聲干擾和多普勒頻移，擴(kuò)散等其他因素的影響。這

2、些干擾嚴(yán)重影響了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)通信的可靠性、有效的通信距離、網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和能量消耗。因此路由協(xié)議的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證在耗能較小的情況下，網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)自我配置、自我適應(yīng)和節(jié)點(diǎn)失效后的快速恢復(fù)。本文首先介紹了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念、特點(diǎn)、通信信道特征、體系結(jié)構(gòu)以及水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景及發(fā)展問題；接著分析了典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議；然后對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的相關(guān)問題進(jìn)行了深入的研究，以提高數(shù)據(jù)包傳送的可靠性、減少

3、網(wǎng)絡(luò)的能量消耗為出發(fā)點(diǎn)，以提高水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)的效率為目的，提出了一種適用于水下環(huán)境的能量有效的可靠路由協(xié)議，并通過理論分析和仿真驗(yàn)證了這些協(xié)議的良好性能和可行性。 為了減少通信和能量開銷，達(dá)到可靠傳輸?shù)哪康?，本文提出一個(gè)多跳的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠路由算法。該算法從路由樹的初始化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表管理，路由選擇，路由更新以及路由樹深度優(yōu)化這幾個(gè)方面分別描述，并且提出了鏈路失敗、節(jié)點(diǎn)死亡、丟包檢測的處理方法，使得每個(gè)數(shù)據(jù)包能夠順利

4、的到達(dá)基站。在路由初始化階段引入隨機(jī)延遲以啟動初始化過程，加快了路由建立并且節(jié)省了建樹階段控制數(shù)據(jù)包的數(shù)量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)從路由樹的長度、下一跳節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及鏈路質(zhì)量三個(gè)方面考慮是否將一條路由寫入自己路由表，提出了一個(gè)路由替代算法將最優(yōu)的路由寫入路由表，保證數(shù)據(jù)包沿著最好的路由從節(jié)點(diǎn)發(fā)送到基站，減少了數(shù)據(jù)包的丟失，提高了數(shù)據(jù)包傳送的可靠性。路由選擇算法保證了節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)沿著最好的鏈路進(jìn)行，并且不會形成環(huán)路。還考慮了節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)的大小，避免了

5、死鎖。路由更新策略在MAC層的CTS/RTS數(shù)據(jù)包中加入路由更新信息，及時(shí)的更新路由表，避免了數(shù)據(jù)包沖突，并且節(jié)省了能量。通過最小化內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的能量消耗，優(yōu)化了路由樹的深度，減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。 最后對本文提出的協(xié)議和已經(jīng)存在協(xié)議的性能進(jìn)行了比較，從網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目對數(shù)據(jù)包成功傳輸率、數(shù)據(jù)包延遲和每個(gè)數(shù)據(jù)包的平均能量消耗的影響三個(gè)方面進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明本文提出的算法保證數(shù)據(jù)包能夠有效可靠的發(fā)送到基站，