论文部分内容阅读
随着海洋技术的发展,水下通信网络,作为通信网络的一个重要分支,在海洋监测、水下定位、海洋资源勘探等方面发挥了重要的作用。但是,水下通信网络的研究也有一定的困难,有很多技术需要突破,其中定位算法和路由算法是其中的两个关键技术。由于声波的特性,水声通信网络具有数据错误高,信道质量差,能量消耗大的缺陷。设计能够适应水声通信网络的定位算法和路由算法,是克服水声通信网络自身缺陷的重要手段之一。本论文主要研究了水声通信网络的路由层的定位算法和路由算法。论文首先介绍了水声通信的基础知识,包括声速计算以及水声通信网络中MAC层和路由层的知识;然后在这些知识的基础上,结合TOA(Time of Arrival)测量技术和ALS(Area Location Scheme)算法等经典节点定位算法,提出了基于TOA技术和集合运算的水下声通信网络定位算法(Cluster Estimating Location Scheme,CELS)。CELS算法包括水声通信网络中位置测量和位置估计的算法。最后,论文在CELS算法的基础上,结合无线通信网络中簇的概念和FBR(Focus Beam Routing)算法、DUCS(Distributed Underwater Clustering Scheme)算法等经典动态路由算法,提出了基于簇结构的动态路由算法(Cluster Based Adaptive Routing Algorithm,CBAR)。CBAR算法分为三部分:簇建立过程,路由建立和维护流程以及数据传输流程。论文详细描述了在带簇结构的水声通信网络中CBAR算法三个部分的详细流程和算法。理论分析表明,CBAR算法在浅海广域大规模水声通信网络中有很高的自适应性。论文采用AuvNetSim仿真平台,选取了四种不同稀疏度的浅海水声通信网络,对本文所提出的CELS算法和CBAR算法进行仿真实验,在定位仿真方面,将CELS算法的结果和ALS算法在同样场景下的结果相比较;在路由仿真方面,将CBAR算法的结果和FBR算法、DUCS算法在同样场景下的结果相比较。实验结果表明,与ALS算法等传统定位算法相比,CELS算法在能耗增加5%的前提下,使未知节点定位的误差减半。CBAR算法同FBR、DUCS等经典路由算法相比,在保持低能量消耗的同时,依然有着95%以上的数据到达率和可以接受的端到端时延值。