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水下传感器网络是由许多水下传感器节点组成的水声通信网络,在海洋环境监测、灾害预报、水下资源探测以及水下目标跟踪等方面有巨大的应用潜力,可以为保护领海、开发和利用海洋资源提供强有力的技术支撑,因此对水下传感器网络的研究是十分必要且意义重大的研究课题。 由于水下声通信存在传播延迟大、衰减大、可用带宽小、干扰噪声强等不利于通信的因素,再加上水下传感器节点的能量十分有限,导致了水下传感器网络的通信能力以及可靠性都比较差,而且能耗问题十分突出。因此水下传感器网络的研究应当主要针对均衡网络的能量消耗、延长网络的生命周期以及提高网络的通信效率和质量等方面的问题。 本文主要从路由算法和水下网络仿真技术两方面对水下传感器网络进行了研究,本文主要的研究成果有: (1)对水声信道的特性进行了分析并对其进行了建模,该模型主要包括传输延迟、传播损失以及环境噪声等几个方面,并把该模型与 NS2进行了融合,使得 NS2能够部分支持水下传感器网络的仿真。 (2)以减少网络的能量消耗为目标,综合考虑节点部署策略和路由算法,对LEACH协议进行了一系列改进。提出了基于分层体心部署的分层-分簇路由算法,新算法改进了簇头的选择算法,提出了基于距离的簇内转发路由,并提供了节点失效的补偿方案。基于水声信道模型的路由算法仿真结果显示新算法能有效的降低网络能耗,并延长网络的生命周期。 (3)依据水下通信的能量消耗模型和水声信道模型,设计了一个基于NS2的水下传感器网络仿真平台,为水下传感器网络研究提供了合理、完整的仿真环境。