水下传感器网络仿真平台的设计与实现

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随着人类科技的不断发展,人类对海洋资源的利用有着迫切的需求。海洋资源的勘探与开发、海洋环境监测、军事对抗等现代海洋高新科学技术已成为各海洋大国研究的重要领域。信息的传输在海洋技术的发展中起关键作用,但是现有的网络都是针对陆地环境设计。针对海洋环境其独特的特点,大部分适用于陆地的网络都不适用于海洋环境,因此水下通讯网络技术成为制约海洋发展的重要因素之一。在水下网络通讯技术发展过程中,由于成本等原因,新网络技术在真实的网络中实验是不现实的,所以网络模拟成为水下通讯网络新技术验证、测试的关键技术之一。与此同时,网络模拟技术也成为网络技术的一部分。  本文首先简要分析了现有的仿真工具。由于NS2是一款完全免费、开源的仿真软件,经过世界各地的NS2使用者多年的发展,NS2已经有丰富的网络元素。因此,本文选择NS2作为仿真工具。美国康涅狄格州大学在NS2的基础上,针对水声通讯网络设计和开发了Aqua-Sim。本文在深入分析总结Aqua-Sim的基础上,根据网络协议模拟过程中繁杂的问题,以简化实验开发过程、减少实验工作量为目标,设计并实现了一个网络仿真界面。借助于此仿真界面,对现有的网络协议进行大量的模拟实验。  其次,本文详细介绍了一种基于位置的路由协议VBF,此协议对水下传感器网络中节点的移动性、鲁棒性都非常有效。此协议不仅计算量小,而且能量消耗也很少。但是此协议只考虑到位置的最佳性,没有考虑能量问题。当最佳位置的节点由于频繁的转发数据而耗尽其能量时,节点将不具备通信能力而退出网络,形成了网络“热点”或者“热点区域”。当失效节点到达一定比例时会导致网络被分割,整个网络不再有效,破坏了整个网络能量的均衡,严重缩短了网络的寿命。基于此,本文的改进算法LE-VBF在选择转发节点时,综合考虑了节点位置和节点能量。  最后,本文借助仿真界面,对VBF和LE-VBF做了大量的仿真实验,证明了LE-VBF的有效性。
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