水下傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法及路由技術(shù)研究.pdf

1、21世紀開啟了人類全面開發(fā)和利用海洋資源的新紀元，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Network，UWSN)作為一種新生的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為人類探索水下未知世界、發(fā)掘更多的水下資源提供了一種全新的方式，在水下環(huán)境監(jiān)測、輔助導(dǎo)航及海嘯預(yù)警等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已逐步成為各國研究學(xué)者的研究熱點。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要包括水聲信道、網(wǎng)絡(luò)定位、拓撲控制及路由轉(zhuǎn)發(fā)等方面。然而由于水下環(huán)境錯綜復(fù)

2、雜，水下聲信道具有長延時、帶寬低、多普勒效應(yīng)等特性，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究相比傳統(tǒng)陸地網(wǎng)絡(luò)面臨更大的挑戰(zhàn)。
　　本文主要對水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位及路由技術(shù)展開研究，本文的研究工作和主要貢獻如下:
　　首先，在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位的研究方面，在自上而下的節(jié)點定位策略基礎(chǔ)上，針對原始定位方案在整個定位過程中均沒有考慮定位歧義、特別是翻轉(zhuǎn)歧義對定位誤差的影響，提出了考慮翻轉(zhuǎn)歧義的UWSN自上而下的節(jié)點定位改進方案。首先分析

3、了如何在定位中選取錨節(jié)點子圖使得定位翻轉(zhuǎn)歧義發(fā)生的可能性最小，并提出了度量這種可能性的方法及提出了選擇錨節(jié)點組合使得對未知節(jié)點的定位發(fā)生翻轉(zhuǎn)歧義的可能性最小的錨節(jié)點選擇策略。依據(jù)是否采用提出的錨節(jié)點選擇策略，提出了兩種定位改進方案并進行了詳細的方案設(shè)計，方案設(shè)計主要包括節(jié)點深度已知的位置坐標估計、定義改進的置信度因子、利用梯度法優(yōu)化定位估計結(jié)果三個部分。其中，改進的置信度因子綜合考慮了定位估計誤差和翻轉(zhuǎn)歧義對實際定位誤差的影響。仿真實驗

4、表明提出的改進方案能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)平均定位誤差，保證網(wǎng)絡(luò)定位具有較高的定位率，綜合提升網(wǎng)絡(luò)的定位性能。
　　此外，本文在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的研究中提出了一種適用于能夠提供位置服務(wù)的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議-基于位置信息的水下機會路由(Position-based Underwater Opportunistic Routing，PUOR)。協(xié)議結(jié)合了(Opportunistic Void Avoidance Routing，OVA

5、R)協(xié)議的設(shè)計思路，采用機會式路由的設(shè)計思想來提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。協(xié)議利用信標機制獲得目的節(jié)點和周圍鄰居節(jié)點的信息進行候選轉(zhuǎn)發(fā)集合選擇。協(xié)議的候選轉(zhuǎn)發(fā)集合求解同時能夠解決隱藏節(jié)點問題和空洞問題。針對OVAR協(xié)議的能耗-可靠性度量權(quán)衡系數(shù)分配不靈活、無法適應(yīng)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化的問題，協(xié)議利用網(wǎng)絡(luò)假設(shè)目的節(jié)點或水面船基站節(jié)點能夠收集水下節(jié)點位置信息的特性，提出了基于網(wǎng)絡(luò)全局拓撲的能耗-可靠性度量權(quán)重配比方案，并詳細闡述