水声传感器网络的实时高效路由通信策略研究

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海洋经济的兴起和陆地无线传感器网络研究的日益成熟化,使得水声无线传感器网络成为新的研究热点。水声传感器网络具有其自身的信道复杂性与特殊性,如链路质量遭受环境的干扰等,这些将影响传感器网络的数据传输速率、通信信道的可靠性、网络吞吐量等性能。对于水声传感器网络而言,水声信道的长延迟与较高的链路中断率,是对网络层最大的影响,这些使得如何设计高能效实时的路由通信策略从而能够将数据高效及时地转发到基站面临挑战。  本文介绍了水声传感器网络的相关概念、特性、水声通信信道特性、体系结构以及水声传感器网络的应用前景等问题。分析了水声传感器网络的能耗因素,并研究了现有的应用于陆地传感器网络与水声传感器网络的主要路由策略;结合成熟的陆地无线传感器网络节能协议和水声通信特性加以扩充改进,在保证一定的实时性与误码率的前提下,以减少传感器节点能耗和节点能耗均衡为目标,研究了水声传感器网络能够进行可靠高效传输的策略,重点描述了水声传感器网络模型的构成和基于多径路由改进的高效路由策略。  本文改进的路由策略分为两个步骤,首先以水声的链路质量作为重要参考因素来选择合适的路径,然后结合物理层的能量分配技术与分组合并方法并建立了相应的数学模型,从而保证数据包转发的实时性与能量高效性。该策略按照一定的系统误码率需求来控制发射功率,并在多径传输的基础上进行改进来避免重传带来的延时与能耗浪费。  在不同的网络模型下对该方案的两个步骤分别进行了仿真实验,并将本文的路由协议与传统的路由协议进行了端到端延时、平均的数据包传输能耗以及吞吐量等多方面的比较。仿真实验结果表明,该策略最终在实时性与能耗的节省之间进行了很好的折衷。在高延时的水声通信环境中,该策略在满足一定的误码率前提下,保证实时而高效的进行数据传输。
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