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文檔簡介
1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用和軍事領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,因此得到了國內(nèi)外的高度重視。隨著人們對遼闊海洋探索的迫切渴望和沿海地區(qū)軍事防御、商業(yè)開發(fā)等需求的日益增加,以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的水下傳感器網(wǎng)絡(luò),也同樣已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的密切關(guān)注,它將在未來的水下監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用,因此對水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究是一項(xiàng)具有重大意義的研究課題。高效的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。而水下聲信道極為特殊,時(shí)延大且易變、多徑效應(yīng)和
2、多普勒頻率偏移嚴(yán)重,使得陸基無線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)不能直接應(yīng)用于水下。因此水下傳感器網(wǎng)絡(luò)存在能量消耗均衡、高效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能量有效的通信協(xié)議等方面的諸多挑戰(zhàn)?;诖?,本文在組網(wǎng)相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)方面展開研究。首先針對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行理論研究,并設(shè)計(jì)能量消耗均衡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型。然后分別研究和設(shè)計(jì)了適應(yīng)于水下高傳輸延遲和高能耗特性的路由協(xié)議和MAC 協(xié)議。最后通過仿真(實(shí)驗(yàn))結(jié)果論證這些協(xié)議和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的良好性能和可行性。主要研究內(nèi)容包括:
3、 ⑴建立了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與能量消耗分析模型:針對水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。利用能耗模型,分析水下信道多跳傳輸?shù)哪芰肯?,水下環(huán)境分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢及其網(wǎng)絡(luò)能量消耗最優(yōu)的簇頭數(shù)目。以此為基礎(chǔ),給出水下環(huán)境下的分簇多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并指出了后續(xù)章節(jié)的研究重點(diǎn)和思路。
⑵提出了適合多跳結(jié)構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)非均等分簇算法:通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析模型和水下聲信道能耗模型,以幾何規(guī)劃理論推導(dǎo)為基礎(chǔ),提出了一種能量消耗均衡的分簇策略BEC
4、S。該策略通過距離向量和能量水平智能地改變節(jié)點(diǎn)成為簇頭的概率,并使簇頭自適應(yīng)的確定其“管轄”范圍大小。同時(shí)還引入簇頭協(xié)商機(jī)制,使得簇頭分布均勻,較好地均衡了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
⑶提出了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于前向簇頭和前向網(wǎng)關(guān)的路由算法:針對水下的高傳輸延遲和高能耗問題,以分簇結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),提出了以前向簇頭和前向網(wǎng)關(guān)為基礎(chǔ)的路由協(xié)議FFBR。此協(xié)議充分利用節(jié)點(diǎn)的地理位置信息,使得網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)初始化的過程中就能
5、夠基本形成方向性節(jié)能路由,同時(shí)通過前向簇頭和前向網(wǎng)關(guān)的選擇策略,保證網(wǎng)絡(luò)能量消耗均衡,并減小了路由建立造成的開銷和時(shí)延。
⑷提出水下網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)約的能量有效的MAC 協(xié)議:針對水下聲信道傳輸時(shí)延長、多變、同步難等特點(diǎn),結(jié)合分簇結(jié)構(gòu)提出了一種基于預(yù)約的能量有效MAC協(xié)議。此協(xié)議運(yùn)用時(shí)間標(biāo)記的方法,解決水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳送接收同步的問題,同時(shí)運(yùn)用“保護(hù)時(shí)間”的方法,盡量減少和避免水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中,由于信道變化而引起的數(shù)據(jù)傳
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