水下通信一直是通信领域的难点问题,而集群通信作为一种有专门功能的通信方式,目前在陆地上被广泛应用。本文将水下通信与集群通信相结合,研究水下集群通信组网与数据传输技术,分别从水下环境、水声传播特点、水下集群组网路由选择、能量均衡、集群功能实现、优化算法等多个方面进行了研究。根据这些研究,可将本文分为三个部分。第一部分,介绍了水下集群组网的理论基础,从常见的水下传感器网络入手,给出水下集群通信的系统构成、模块分析,并给出了一些组网路由指标及常用路由算法,为后续研究提供参考。同时,本文将集群系统抽象为数学中的图,用图论的相关思想解决集群通信中的问题。本部分也给出了图论基础知识,包括图的概念、图的分类、图的特性等。此部分研究是后续研究的理论基础。第二部分,主要完成水下信道的仿真与相关性能研究。首先从水声信道的衰减、噪声、信噪比、水深、多径与多普勒频移多个方面完成了水深信道的建模,依据理论研究给出结论,支持后续水声信道点对点数据传输仿真建模。之后,在MATLAB环境下完成水声信道点对点数据传输技术研究,给出模型与仿真结果,证实水声信道传输的可行性,分析讨论了多种水下集群数据传输类型,总结水声信道独有的特点,再对水下集群通信依据信道特点提出设计要求。第三部分,重点研究基于图论的水下集群路由算法。首先从常用的路由算法入手,分析其不满足水下集群通信环境的原因,进而设计水下集群环境下特有的路由选择方式,并提出一种满足水下集群能量要求的能量均衡路由算法。之后,针对水下集群特有的单呼、组呼、群呼及高鲁棒性的要求,给出了一种集群模型下的多限制条件路由算法,并在最后提出了用户节点数较多情况下的路由优化问题及对应的解决方案。以上研究均给出了对应的仿真结果验证。