水下无线传感器网络是一种由若干水下传感器节点自组网形成的通信网络,用于水下信息采集工作,近些年来在海洋环境监测、水下目标跟踪等领域发挥了重要作用。水下无线传感器网络通常部署于偏远的工作场景中,传感器节点一经部署便难以进行电池维护或更换,因此水下传感器节点是能量受限的。如何在有限的节点能量条件下,延长网络生命周期成为水下无线传感器网络设计的主要目标之一。另一方面,由于无线电磁波信号和光信号在水下环境中传播时严重衰减,水下无线传感器网络通常采用声信号进行通信。声信号在水下环境中传播速度较小,会造成较大的网络数据传输时延。针对上述水下无线传感器网络设计时面临的挑战,本文提出两个算法:首先,本文提出了一种基于跨层设计的水下无线传感器网络生命周期延长方法。所提出的方法联合考虑网络协议栈中的路由层、数据链路层和物理层。方法基于水下网络约束条件,建立水下网络生命周期最优化方程;然后提出一种水下网络生命周期最大化算法。算法迭代优化网络中的传感器节点数据码率、传输功率和数据链路调度,最终获取可以最大化网络生命周期的网络调度方案。实验结果表明,算法在延长网络生命周期方面的性能表现优于现有算法。其次,本文进一步探究如何在延长网络生命周期的基础上,提升网络其它性能指标,如网络时延性等。本文提出了一种基于强化学习的水下无线传感器网络路由算法qDBR。qDBR算法联合考虑传感器节点的剩余能量信息和空间深度信息,通过建立节点在数据转发过程中的优先级顺序,避免网络多路径传输现象。实验结果表明,qDBR算法可以有效延长网络生命周期,并降低网络数据传输时延。