适用于水声传感器网络的混合路由协议

针对水声传感器网络中静态节点与移动节点不同路由设计需求,分析确定性路由和机会路由的特点,提出一种适用于水声传感器网络的混合路由协议(HRP-USN),将水声传感器网络区分为静态节点和移动节点开展设计。静态节点路由协议融合静态路由和动态路由优点,路由建立过程手动配置路由表,路由维护和重建过程采用联合MAC层反馈及聚焦转发控制的方式,兼顾自组织性和协议复杂性;移动节点采用机会路由,将数据以单跳方式发送到静态节点,自适应确定最优中继节点后按照已有路由传输到网关节点,利用水声信道广播特性,提升网络弱通信条件下数据包投递率。通过仿真分析,在不同节点移动速度和误码率条件下,HRP-USN数据包投递率明显优于其他传统路由协议,更加适合水声传感器网络。

水声传感器网络仿真框架UASNSF的设计

仿真是目前水声传感器网络的主要研究手段,在总结现有水声通信网络仿真工作的基础上,提出了水声传感器网络仿真框架UASNSF,并对其体系结构、组成模型、应用场景等几方面进行了描述,最后通过一个典型的水声传感器网络仿真应用,对该框架的实用性进行了验证。仿真结果证明,该仿真框架兼顾了模型准确性和仿真效率,可以方便地实现对水声传感器网络系统的全面模拟,为水声传感器网络的研究与设计提供了较好的实验平台。

水下无线传感器网络自适应锥体矢量路由协议

水声传感器网络(Underwater Acoustic Wireless Sensor Networks,UWSNs)由于复杂的水下环境,面临着投递率低、传播延迟高和节点能耗大等挑战。为解决这些问题,文章提出了一种自适应锥体矢量路由协议(Adaptive Cone Vector Routing Protocol,ACVRP),根据节点密度自适应调整锥体区域大小和方向,减少冗余通信和网络能耗,并根据节点的剩余能量和节点在锥体区域中的位置确定节点转发优先级,以提高投递率、减少传输跳数。仿真实验结果显示,与VBF、AHH-VBF和AHHC-VBF相比,ACVRP在包投递率、能效和端到端延迟方面均表现更佳。

声影区影响下的水声传感器网络部署优化算法研究

为提高声影区影响下水声传感器网络的连通性,提升对目标区域的监测质量,提出一种基于深度可调节节点的水声网络部署优化算法(deployment optimization algorithm for shadow-zone-affected underwater acoustic sensor networks,DOASZ)。节点利用来自ARGO(array for real-time geostrophic oceanography)的真实海洋数据估计声影区范围,以最小化节点间信道衰减为目标函数,保证节点移出声影区和控制节点移动能耗为约束条件;基于粒子群算法对节点连通的最优位置进行求解,优化网络部署;设计了基于节点位置、最大移动距离、感知半径的节点移动等待时间和相应的信息传输机制,以保障算法的动态可靠运行。结果表明:算法能在现有部署算法的基础上根据声影区位置进行动态部署优化。当网络中的节点数量为50时,应用DOASZ算法后,随机部署的网络连通性增加了55.9%,基于Voronoi图的深度调节算法部署的网络连通性增加了21.8%,声影区影响下的水声传感器网络连通性明显提升。

基于矢量转发的节能型水声传感器网络路由协议

近年来,水下物联网和海洋物联网已经成为一个热门的研究方向,水声传感器网络路由协议作为海洋物联网的重要组成部分也得到研究人员的广泛重视。因此在HH-VBF协议的基础上,提出一种基于矢量转发的节能型水声传感器网络路由协议——ES-HH-VBF协议。ES-HH-VBF协议在保留了将下一跳节点的位置信息作为计算节点转发因子的参考值的基础上,引入了节点剩余能量改进节点转发因子的计算方式,以此来均衡网络中的能量消耗;并且还将预设的距离阈值由HH-VBF协议中的固定值改为根据节点剩余能量变化的动态值,从而可以动态地控制数据冗余。为了验证ES-HH-VBF协议的性能,在水下传感器网络仿真器Aqua-Sim上对HH-VBF协议和ES-HH-VBF协议的性能进行了对比分析。仿真结果表明,随着节点发包间隔的增加,ES-HH-VBF协议的包传递率比HH-VBF协议的包传递率高4.2%左右,网络平均时延比HH-VBF协议低11.3%左右,网络平均能耗比HH-VBF协议低8.2%左右。通过对ES-HH-VBF协议和HH-VBF协议的仿真实验分析可知,ES-HH-VBF协议在提高数据包传递率、降低平均能耗和降低平均延时方面具有较大优势。

一种基于TDMA的水声传感器网络MAC协议

由于水声信道的传播时延很高,传统的TDMA协议存在时隙过长导致吞吐量下降的问题。本文提出一种基于TDMA的改进型MAC协议,该协议允许发送节点在一个时隙内发送多个数据包或在时隙中间时刻发送数据包,改善长时隙对TDMA协议性能的影响。仿真结果表明该协议可以有效提高时隙的利用率并提升网络吞吐量。

水下无线传感器网络水声通信与测距技术

深入探讨水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSN)中的水声通信测距技术。首先介绍水声通信测距的基本原理,即利用声波在水中的传播特性来测量节点间的距离。在此基础上,详细阐述单跳测距方法的操作简便性及其在复杂水下环境中可能面临的准确度挑战。随后,探讨多跳测距技术,强调其在大范围网络中提高测距准确性和健壮性的优势。详细分析时差测距方法的效率和准确性优势,讨论相位差测距技术,指出其在高精度测距方面的潜力。

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。

融合深度调整和自适应转发的水声网络机会路由

针对水声传感器网络路由过程中的空洞问题和数据传输中能效低下的问题,该文提出了融合深度调整和自适应转发的水声网络机会路由(OR-DAAF)。针对路由空洞,区别于传统绕路策略,OR-DAAF提出一种基于拓扑控制的空洞恢复模式算法—利用剩余能量对空洞节点分级,先后调整空洞节点到新的深度以克服路由空洞,恢复网络联通。针对数据传输中的能效低下问题,OR-DAAF提出了转发区域划分机制,通过转发区域的选择自适应转发面积以抑制冗余包,并提出基于加权推进距离,能量和链路质量的多跳多目标路由决策指标,综合考虑区域能量,链路质量和推进距离实现能效平衡。实验数据表明,相比DVOR协议,OR-DAAF的包投递率和生命周期分别提高10%和48.7%,端到端时延减少22%。

基于蚁群算法的水声传感器网络信号检测方法

水声传感器网络基于声纳通信,其数据传输延迟大,节点部署困难,数据误码率高。传统的信号检测技术在水声传感器网络中存在计算复杂度和检测误码率较高的问题,不利于网络节点的设计和节能。文中基于球型解码方法,提出了采用蚁群算法进行搜索树求解的信号优化检测方法。实验对比了ML、V-BLAST、SD 3种信号检测方法和文中算法。仿真结果表明,文中提出的信号检测方法兼顾了计算复杂度和误码率。

定向接收低冲突率水声网络媒体接入控制协议

在全向水声通信网络场景中,较大的传播时延和较高的数据包碰撞率严重影响了网络性能。相比全向接收技术,声矢量传感器的声压和振速通过线性加权组合可以形成单边指向性,实现定向接收某个方向上的信号,进而提高网络的空间复用率。该文首先分析了声矢量传感器定向接收模式下的网络中断概率,验证定向接收技术网络应用的可行性。然后,提出了定向接收低冲突概率媒体接入控制协议(DRLCP-MAC)。该协议利用指向性接收波束握手机制建立稳定的数据传输链路,通过状态转移策略构建多对并行通信链路,缩小虚拟载波监听范围,提高网络的空间复用度。仿真结果表明,与水下冲突避免多址接入协议(MACA-U)和时隙地面多址接入协议(Slotted-FAMA)相比,DRLCP-MAC协议使信道接入成本降低了约50%和60%,网络吞吐量提升了约60%和400%,端到端时延降低了约50%和85%。

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。

水声传感器网络拓扑控制技术综述

水声传感器网络作为一种新型的无线传感器网络,将在诸多水下监测应用中发挥重要作用。鉴于水介质的特殊性和复杂性,水声传感器网络与传统无线传感器网络存在很大的差异。拓扑控制技术是水声传感器网络的核心组网技术。文中总结和分析了水声传感器网络领域中拓扑控制技术的现有研究成果,阐述了多种受研究者关注较多的典型问题和解决方法,并指出其中有待解决的问题,进而归结了拓扑控制技术设计中需考虑的因素,最后探讨了今后应研究的问题,指明了该领域中下一步研究的重点和难点。

能量高效的水声传感器网络多跳非均匀分簇算法

针对现有水声传感器网络(UW-ASN)分簇路由算法存在的能耗不均衡问题,提出了一种能量高效的多跳非均匀分簇(EEMUC)路由算法。通过节点到基站的物理距离建立网络非均匀分层模型,各层区域内的节点根据综合属性值选择簇头,靠近基站的簇的规模小于远离基站的簇。簇间采用多跳路由方式传送数据,从而均衡了簇头的能耗。实验结果表明,所提算法在簇头数目和节点的剩余能量等性能方面优于低能耗自适应分簇路由(LEACH)和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法,从而提高了水声传感器网络的能量效率,并延长了网络的生命周期。

面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法

为解决面向海洋监测应用的大规模水声传感器网络的节点定位问题,首先,采用整数线性规划理论,提出了多目标约束的水面网关优化部署策略;其次,针对水声传感器网络不同节点的特点,设计不同的定位方案,提出了有预测性的水声传感器网络节点部署算法。仿真实验验证了该方法的可行性与有效性,结果表明,该算法能明显提升节点的定位范围,降低通信能耗,减小定位误差,为水声传感器网络的海洋大规模部署提供相应技术指导。

低时延能耗均衡的水声传感器网络簇间路由算法

针对水声传感器网络的簇间路由选择问题,提出了一种基于前向网关的低时延能耗均衡路由算法,该算法采用最优方向角原则和能耗均衡原则选择中继簇头和中继网关,以减小长延迟和高能耗对水声通信的影响。仿真结果表明该算法在网络平均能耗、端到端时延和网络生命周期等方面具有较好的性能。

海洋水声传感器网络路由机制研究

水声传感器网络是近年来的新兴应用研究领域,路由机制是其网络协议栈的核心内容,用于在水下建立一条数据传输路径。由于水下应用场景与水声通信环境的特殊性,导致陆上传感器网络的路由机制难以直接应用到水下。文章深入分析了海洋水声传感器网络的应用场景,将其归结为水底的二维平面形式与水下三维立体形式。对于二维平面形式提出了节省能量的路由策略以有效延长网络生存时间;对于水下三维立体形式提出一种不依赖位置信息的路由机制,并针对数据转发中存在的路由空洞设计了有效的路由重构机制。

一种基于水声信道的无线传感器网络路由协议

以无线传感器网络的水下应用所面对的挑战为背景,针对水声信道的传输特点,在最小代价算法和目的节点序列距离矢量DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector)路由协议的基础上,提出了一种均衡节点能耗的路由协议算法。该协议按照最小能量代价建立多跳路由表,从而在数据传送时能够均衡各节点的能量消耗,达到延长网络生命周期的目的。仿真结果表明,相对于DSDV协议,本文提出的协议能够实现能量均衡,有效的延长网络生存周期。

三维水声传感器网络中高效路由协议的研究

近年来,三维水声传感器网络在学术界和工业界引起了极大的关注。在被监测海域部署三维水声传感器网络,可以解决二维水声传感器网络节点无法充分观测的问题。为了实现三维水声传感器网络在新环境中的水下监测,需要解决一系列的问题。其中,由于监测区域环境的限制以及水声传感器节点的特殊性,需要设计高效的路由协议来保证数据包在各节点之间正确转发。首先提出一种基本地理位置路由协议。在此基础上,设计一种自适应路由协议,以较好地适应三维水声传感器网络中部分节点失效的情况。通过仿真实验发现,自适应路由协议可以在数据包传送率、端到端延时和网络吞吐量指标上达到平衡,而基本地理位置路由协议在端到端延时指标上可获得更好的性能。

基于负载平衡的水声传感器网络生存期延长策略

网络生存期是衡量水声传感器网络的一个主要性能指标。采用多跳传输机制的水声传感器网络中,靠近基站的节点最先耗尽能量,导致网络生存期缩短,针对这一问题,提出了一种网络生存期延长策略。该策略将圆形的网络区域划分成n个环,使最内环每个节点负载最小,给出了最优传输距离,为了平衡负载,采用直跳和多跳混合传输的机制,优化网络生存期。仿真结果表明,网络生存期提高显著。