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水下无线传感器网络路由协议的研究

水下无线传感器网络路由协议的研究

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作者：李宗林哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下无线传感器网络作为一项新兴的科研学科,近年来吸引了众多研究人员投身其中。同时,水下无线传感器网络的应用范围也越来越广,已在海洋监测、油气开发、地震预警和海军防御等方面发挥了巨大的作用。由于水下无线传感器网络与陆地上... 详细信息

水下无线传感器网络作为一项新兴的科研学科,近年来吸引了众多研究人员投身其中。同时,水下无线传感器网络的应用范围也越来越广,已在海洋监测、油气开发、地震预警和海军防御等方面发挥了巨大的作用。由于水下无线传感器网络与陆地上的无线传感器网络相比有着很多不同,而最重要的一个不同是水下无线传感器网络使用声波而不是电磁波进行通信。这使得水下无线传感器网络有了许多特有的性质,例如传播速率低、带宽低、信道质量差以及能量限制等。这些特殊的性质为人们设计出一个高性能的水下路由协议设置了层次障碍。到目前为止,许多用于水下通信的路由协议已被相继提出。其中,多跳传输协议是这些协议中最典型的一类,并得到深入的研究。本文提出一种基于相对距离的路由转发协议RDBF,这是一种无需建立通信路径的多跳路由协议,节点总是试图把数据发送给最优的下一跳节点。从而达到减少端到端的总跳数、降低能耗、缩短时延等目的。RDBF为了避免过多的节点参与转发,提出了一个合适因子来判定一个节点作为下一跳的合适程度,只允许最合适的节点参与数据的转发,从而进一步减少了能量的不必要消耗。然而固定目的节点的多跳路由协议不可避免的存在能耗不均衡问题,远端的节点将数据通过逐跳转发的方式汇聚到目的节点处,这就使得更靠近目的节点的转发节点要为远端的节点转发更多的数据,从而负载越高。这使得这些邻居目的节点的转发节点能耗过度的消耗,节点的能量很快耗尽,无法再为网络转发节点,从而造成网络路由路径中断。为解决这一问题本文又提出一种基于区域能量水平的路由协议RELB,利用移动的水下自主航行器作为临时的目的节点前往能量水平最高的区域收集数据,从而动态的缓解多跳路由协议造成的能量消耗不均衡问题。基于Aqua-Sim仿真平台进行了大量的仿真实验,通过分析实验结果,本文得出RDBF路由协议能够有效缩短端到端平均时延、提高收包率、降低能量消耗;而RELB路由协议则能够在保证以上性能的同时进一步改善网络的能量均衡问题,延长网络的寿命。

关键词：水下无线传感器网络路由协议相对距离区域能量水平能耗均衡

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