水声通信网络路由协议研究

【摘要】：水声通信网络是一门新兴的网络技术。它是由许多传感器和无人航行器组成的，它们被部署在特定的区域执行合作监视任务。水声通信网络在海洋数据收集、污染监测、灾难预报、辅助导航以及水下军事防御等方面有着广泛的应用。本论文所述的水声通信网络的主要用途是为由水下传感器节点所形成的监测系统(即：水下传感器系统)提供组网通信功能，其主要研究内容是网络通信协议，包括物理层的水下声信道调制、数据链路层的共享信道分配、网络层的路由构建等。 由于水下声信道的复杂性，主要是时延大而且易变、严重的多途效应以及严重的多普勒频率偏移等问题，使得许多陆地无线通信网络中开发的技术，不能直接应用于水下。 本论文主要研究了水声通信网络的路由协议。以提高网络的能量利用率、延长网络的生存期为出发点，提出了一种适于水下的能量有效路由协议。在研究了地理位置路由协议的基础上，提出了一种位置矢量路由协议。对于有些水下应用实时性的要求，提出了一种实时路由协议。最后，通过仿真验证了这些路由协议的良好性能和可行性。本文所做的工作主要有以下几个方面： 1．提出了一种基于位置的信息转发协议。在该协议中节点不需要维持状态信息，只有少量的节点参与信息包的转发。在转发算法中节点计算信息转发因子，并根据转发因子相应地调整转发策略，从而节省了能量、减少了冲突发生的概率。 2．针对水下声信道的传输特点，提出了一种能量有效的转发协议。该转发算法是基于信道状况、节点剩余能量以及距离的估计，在满足距离要求的节点中，根据信道状况和节点的剩余能量来选择转发节点。该算法能减少信息的盲目转发，提高能量的利用率，均衡网络能量消耗，实现网络能量的平稳降级，有效地延长网络的生存期。 3．针对有些水下应用需要实时传输信息的特点，提出了一种具有能量感知的实时路由协议。该协议通过一个时间感知的反馈控制、空间感知和能量感知的转发算法，在整个网络内维持一个期望的传输速