考虑环境影响的水下电场通信组网算法

为提升自主式水下航行器集群协作能力,减少群体网络能耗的同时进一步提高网络可靠性,提出一种考虑实际水域电导率影响并采用水下电场通信方式的仿生鱼群自组网算法.该算法基于节点间通信时间计算节点优先级,进而确定节点角色与功能,生成水下集群协作网络模型,实现小规模仿生鱼群的快速组网.以目的坐标为导向的子节点、失散节点自主巡航功能和主控节点备份功能的设定,不但能实现群体失散节点的寻回,而且间接优化了网络协作模型,减少了群体网络节点间的路由维护信息,有效节约网络能耗的同时也增强了系统安全性.仿真实验结果证明了算法的有效性和实用性.

考虑电导率和能量的水下电场自适应调整多权值成簇算法

大量小型自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)组网通信完成合作任务是水下机器人工作的一个重要方向。水下电场通信具有高速率、低延迟等特点,AUV使用水下电场通信能够在短距离内实现稳定高速的通信,但是水下电场通信技术存在通信距离受限和电场强度本身受电导率影响等问题。针对这2个问题,提出一种考虑电导率和能量的水下电场自适应调整多权值成簇算法。首先,采用分簇的思想对大量AUV进行分簇处理,其中,增加副簇首提高簇稳定性并减小更换簇首时的能量消耗,设计网关节点加强网络连通性,实现簇间通信。其次,在选举簇首时,综合考虑节点可用度、通信成本、剩余能量这3个关键参数,达到负载均衡和均衡能耗的目的。最后,针对在网络通信状况差时系统维持簇结构而开销大的问题,根据水体环境电导率和节点剩余能量设计自适应调整策略。通过缩小簇规模等手段降低系统在工作过程中的整体能量消耗,提高网络生命周期。研究结果表明:在不同电导率实验条件下,本算法均能有效延长网络生命周期,提高网络生存时间。通过有无自适应调整策略的对比实验,也证明自适应调整策略起到了一定作用。