水下声通信传感器网络路由协议研究

路由协议是水下声通信传感器网络(UASN)数据传输的网络层协议,是实现水下网络化数据传输的基础。UASN采用水声信道进行通信,其特殊性给路由协议的研究带来了挑战。文中介绍UASN的应用背景以及水下路由协议的研究必要性,然后讨论了UASN中路由协议面临的设计挑战;提出了水下路由协议的设计目标,分类研究了现有UASN路由协议,并进行了比较与分析。最后总结了UASN路由协议的关键问题。

水下声传感器网络联合同步和定位方法

水下传感器网络(UASNs)在海洋监测、资源勘探、灾害预防和海洋学数据收集等方面的广泛应用,引起了学术和工业研究人员的极大关注。在这些服务中,节点的准确定位是水下声传感器网络的研究重点之一。然而,在实际的水下环境中,传播速度随深度变化(即分层效应)和异步时钟的存在均会显著影响测距的精度,从而降低定位性能。针对以上特性,文中设计一种基于自主水下航行器(AUV)辅助的水下声传感器网络联合同步和定位方法。在开始定位流程后,目标节点通过接收AUV发出的信标信号建立水声传播方程并进行相对距离的估计,其中考虑了异步时钟问题和分层效应引起的水声弯曲效应问题,实现了对目标节点位置和时钟的联合估计。仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性。

水下无线传感器网络抗恶意干扰技术应用及研究进展

水下无线传感器网络(UWSNs)越来越广泛地应用于海洋开发等领域,但其水声通信信道的开放性导致UWSNs容易受到水下的各类恶意干扰,各类通信抗干扰技术可有效提高UWSNs的通信可靠性。文中首先介绍了通信抗干扰技术的发展历程及其国内外发展现状,并对通信抗干扰技术的发展规律进行分析;其次分析了UWSNs中通信抗干扰的关键技术以及技术需求,最后对UWSNs通信抗干扰技术的发展应用进行了展望。

一种在线迭代的水下随机传感器阵列生成算法

水下攻防对抗体系逐渐向无人化、网络化发展。为降低水声通信对水下传感器网探测能力的制约,首先分析了水下通信方式的应用特点,提出了水下随机传感器分布式阵列通信方式应用方案。然后结合凝聚式分类技术,建立距离矩阵和通信关系矩阵,提出了一种基于通信距离的在线迭代阵列生成算法,并给出了算法流程和计算实例。最后通过仿真试验验证了算法的有效性,并与规则阵列进行了对比分析。

无线传感器网络的声通信试验系统

在无线传感器网络所处环境中,由于强电磁或短距无线通信频率共存的原因,传感器节点间的短距无线通信常常会受到干扰甚至中断,针对这个问题,研究了一种短距声通信方式,将信号调制于声信号上,通过空气中声信号的传播来完成节点之间的数据通信。首先介绍了本设计的传感器网络节点的硬件结构,以无线射频通信作为主通信方式,声通信作为协通信方式;接着针对物理层上的声通信进行了设计,并介绍了声通信的实现过程及与声通信相关的ARM程序和FPGA控制逻辑部分程序的工作流程。最后的测试实验表明设计的传感器节点间的短距声通信方法是可行的。

水下传感器网络协作多输入输出通信技术研究

Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)是水下传感器网络(Underwater Sensor Networks,UWSNs)性能改进的重要技术。然而受水下通信条件限制,MIMO技术的实施存在极多障碍。协作MIMO为UWSNs实施MIMO通信提供了新的研究途径。设计了一种UWSNs网络协作MIMO通信方法,阐述了网络部署模型,多跳协作通信架构,协作MIMO能耗模型,网络性能仿真与优化算法,网络测试平台的开发和协作MIMO节点的试制,相关的实验仿真等内容。通过研究,期望验证水下传感器网络协作MIMO技术的可行性、合理性及有效性,为部署高速可靠UWSNs网络提供理论和技术支撑。

一种水下传感器网络中基于节点通信距离的路由协议

根据水下节点到水面基站的距离、节点到水表面的深度、节点的剩余能量,提出一种簇头节点选择算法,探讨3种因素在选择簇头时的最佳权重,并引入基于节点通信距离的路由节点选择过程,据此提出基于分簇思想的路由协议,以解决水下声道高能耗和高延迟的问题。最后通过试验与现有路由算法DBR、DBMR进行对比,结果表明提出的路由协议能耗更低,更适合水下节点间的通信过程。

无线传感器网络的短距声通信方法研究

在无线传感器网络(WSNs)所处环境中,由于强电磁或短距无线通信频率共存的原因,传感器节点间的短距无线通信常常会受到干扰甚至中断。针对这个问题,研究了一种短距声通信方式,将信号调制于声信号上,通过空气中声信号的传播来完成节点之间的数据通信。设计了用于验证声通信方法的实验系统结构;介绍了微分相移键控(DPSK)调制与解调原理及相关Matlab程序流程、输出与接收放大电路设计。进行了声通信实验,在室内环境时,声通信的最佳距离为2 m,室外环境时,声通信的最佳距离为5 m,最佳波特率均为294 bps。实验数据表明:本系统所设计的声通信方法是可行的。

用于水下传感器网络的无线光通信研究概况

随着水下观察和海洋观测系统的应用需求日益增长,水下无线通信和水下传感器网络技术迅速发展。这种技术将在研究气候变化、监控海洋、湖泊的生态环境的诸多方面发挥重要作用,并有助于海洋石油开采、无人水下航行器、潜艇、船舶、浮标以及救生员的水下作业。然而现有的水下声通信技术无法提供足够的高数据传输速率以满足研究和监控水下环境的需要,无线光通信是应对这种需求的最佳选择。介绍了目前水下无线传感器网络通信的应用需求,分析了用于水下传感器网络的无线光通信的特点,全面、详细地介绍了当前国内外水下无线光通信的发展现状,并总结了水下无线光通信的未来发展趋势。

基于PSK声通信的无线传感器网络节点设计

可用于无线传感器网络的声信号通信方式,不占用无线电通信频率带宽,无射频干扰,在诸如环境监测、军事侦测等领域有广泛的应用前景。研究了一种基于相移键控(PSK)调制声通信的无线传感器网络节点系统。节点系统采用ARM+FPGA的结构,核心控制器为具有低功耗休眠模式的STM32型ARM芯片,FPGA用于进行数据缓存和部分数据处理,采用PZT型扬声器实现声信号的收发。测试表明:节点系统可以在10m范围内进行数据通信,数据码率300bps,误码率小于10-3,系统最大功耗小于0.1 W,最低休眠功耗小于10μW。

水下传感器网络通信问题研究

介绍了水下传感器网络的基本概念,分析了其适合的通信方式。在二维水下传感器网络的基础上提出了三维水下传感器网络。深入研究了水下传感器网络各层的功能,分析了影响其水下通信的不利因素与解决对策,对其未来的发展进行了展望。

水下无线传感器网络通信技术及应用实践研究

水下无线传感器网通信技术的研究和应用,不仅为海洋探索工作提供了充足的技术帮助,同时在水下试验、水下寻找等工作上,也取得了较大的进步。但是,对于我国现有的工作而言,水下无线传感器网络通信技术还有很大的研发空间。文章针对水下无线传感器网络通信技术及应用实践展开讨论。

水下无线传感器网络通信技术研究现状及趋势

随着海洋资源的开发和信息化,水下无线传感器网络(UWSN)已在防灾、分布式战术监视、海底勘探、地震监测,环境监测等领域广泛应用。通信技术是水下无线传感器网络的基础和关键部分。但是,与陆地环境相比,海洋环境复杂多变,在这种环境下的通信非常困难。因此,对水下通信方法和网络技术进行了深入的讨论和回顾,例如水声通信、水下光通信、路由和媒体访问控制(MAC)协议以及水下多模态网络进行了回顾和分类。最后讨论了水下高可靠性通信技术的实现,并对未来发展趋势进行了展望。

水下无线传感器网络的研究进展

随着世界各国对海洋权益的日益重视、发展海洋经济热潮的兴起和陆地无线传感器网络研究的迅速发展,水下无线传感器网络的研究已经成为新的研究热点.首先对水下传感器网络通信技术、传感器网络节点、网络体系结构和水下声学传播特征作了介绍;进而重点对物理层、数据链路层、网络层、传输层、跨层设计、网络信息处理技术、水下定位和仿真平台8个方面的研究进展作了系统的综述;最后介绍了国内外主要研究机构的情况,并讨论了水下无线传感器网络研究存在的一些问题和需要进一步研究的方向.

水下传感器网络时间同步技术综述

时间同步是传感器节点协同工作的基础.水下传感器网络由于采用水声通信方式,具有不同于陆地无线传感器网络的特点,为时间同步算法研究带来了新的挑战.论文首先说明同步问题与同步算法的形式化定义,然后讨论水下传感器网络不同于陆地传感器网络的特点,并指出相关特点对于同步问题的影响;接着综述陆地传感器网络同步算法的研究进展,分析相关算法用于水下环境的不足;进而介绍水下传感器网络同步算法的研究进展,并通过仿真实验完成了相关算法的性能对比;最后总结水下传感器网络时间同步的关键问题,指出进一步的研究方向.

水声传感器网络及其在海洋监测中的应用研究

针对海洋监测水声传感器网络中的基础性问题,分析和总结了近年来相关的主要研究方向和重要研究成果。同时,深入讨论了海洋监测水声传感器网络研究所面临的挑战和亟须解决的问题,为今后的研究提供了方向。

基于北斗/4G水下传感器网络的通信协调器设计

本文研制了一种基于第一代北斗卫星通信系统和4G移动通信网并兼具卫星通信能力与水声通信能力的通信协调器模块,通过该模块实现水下网络数据与岸基信息数据的远距离有效可靠的交换,用于完成海洋传感器网络的远距离、大范围的有效部署。

水声传感器网络目标协同定位方法研究

水下传感器网络为水下目标的被动定位提供了新的思路,结合水下声信道的传输特性,研究了基于水下分布式传感器网络目标DOA值估计的最大似然被动定位算法。比较了最大似然定位算法在矩形和菱形网络拓扑结构中不同的定位精度,分析了目标不同声源级及网络规模对定位精度的影响,并与线性和非线性最小二乘定位算法的结果进行了对比,其定位精度优于两者。仿真结果验证了定位算法的有效性,所得结论为水下传感器网络进行目标被动定位提供了参考。

浅析无线传感器网络中声通信相关技术

在无线传感器网络中有很多的通信技术可以利用,而声通信也是其中重要的一种方法,在无线传感器网络中主要的就是短距声通信技术的应用。但是在现实中,短距声通信会受到周围环境的影响,从而导致通信的中断,而致力于声通信的研究就是要找出一种方法使在无线传感器网络中的声传播不受到各种因素干扰的通信方式。下面就从无线传感器网络以及声通信的实际应用来说明相应的问题。

固定节点3D网格部署的水下传感器网络分簇路由算法

水下传感器网络是应用于水下通信的重要传感器网络技术。提出了基于固定节点3D网格部署的水下无线传感器网络分簇算法,设计了3D网格的编址和分簇方法,实现了基于地址分配的节点定位,构建了算法的能耗分析模型。采用MATLAB完成了算法的性能仿真,对比了DS-VBF、IAR和GEDAR 3个算法的平均数据传输延迟和网络生存时间(TTL)。实验结果表明,此算法的平均数据传输延迟较短,可明显提高UWSNS的生存时间。