本文選題：水下聲通信傳感器網(wǎng)絡(luò)　切入點(diǎn)：輻射波束寬度　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水下聲通信傳感器網(wǎng)絡(luò)(UASNs-Underwater Acoustic Sensor Networks)作為一種特殊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為探索水下世界提供了一種嶄新的方式,具有廣闊的應(yīng)用前景。然而水聲信道的低帶寬、多徑效應(yīng)、隨機(jī)變化的長(zhǎng)延遲、多普勒效應(yīng)以及高噪聲背景特性,使得實(shí)現(xiàn)高性能的UASNs成為世界性難題。此外,水下傳感器節(jié)點(diǎn)輻射信號(hào)具有一定的波束寬度和隨機(jī)的三維朝向,這也對(duì)UASNs的組網(wǎng)和信息傳輸產(chǎn)生了巨大的影響,而尚無有效技術(shù)應(yīng)對(duì)該問題。水下路由協(xié)議與水下節(jié)點(diǎn)定位算法是UASNs的基本問題,是保證UASNs高效通信的重要因素,嚴(yán)重影響著UASNs的性能。本文以減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、提高網(wǎng)絡(luò)的能量利用率、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期為出發(fā)點(diǎn),研究水聲通信傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議和節(jié)點(diǎn)定位算法。 本文首先對(duì)水下路由協(xié)議展開了研究,在充分調(diào)研現(xiàn)有水下路由協(xié)議的基礎(chǔ)上,分析了水下傳感器節(jié)點(diǎn)輻射信號(hào)的波束寬度和三維朝向?qū)λ聜鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)帶來的影響。針對(duì)水下傳感器節(jié)點(diǎn)輻射信號(hào)的波束寬度和三維朝向所帶來的水下網(wǎng)絡(luò)連通度下降以及出現(xiàn)大量非對(duì)稱鏈路的問題,設(shè)計(jì)了適用于靜態(tài)水環(huán)境的基于鏈路狀態(tài)的自適應(yīng)反饋路由協(xié)議。協(xié)議解決了非對(duì)稱路徑的路由建立及反饋問題,并避免了路由表周期性更新所帶來的巨大能耗。 本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境的基于波束寬度與朝向的路由協(xié)議,在節(jié)點(diǎn)已知自身和匯聚節(jié)點(diǎn)位置的前提下,該協(xié)議利用水下傳感器節(jié)點(diǎn)輻射信號(hào)的波束寬度和三維朝向進(jìn)行進(jìn)行路徑優(yōu)化。在包含機(jī)動(dòng)節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的低網(wǎng)絡(luò)連通度動(dòng)態(tài)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中,有效提高了有效的提高了包送達(dá)率并降低了能耗。協(xié)議能夠有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自組織,并可應(yīng)用于多網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中。 最后,針對(duì)一些水下路由協(xié)議需要已知節(jié)點(diǎn)位置信息的情況,本文進(jìn)一步在水下節(jié)點(diǎn)定位算法方面開展了研究,提出了無時(shí)間同步的環(huán)路輔助定位算法。實(shí)現(xiàn)了無時(shí)間同步的對(duì)稱鏈路測(cè)距,解決了在無時(shí)間同步情況下的非對(duì)稱鏈路測(cè)距問題。算法可有效提高定位覆蓋范圍,并能針對(duì)測(cè)量誤差有效提高定位精度。
[Abstract]:As a special wireless sensor network, the underwater acoustic communication sensor network (UASNs-Underwater Acoustic Sensor Network) provides a new way to explore the underwater world and has a broad application prospect. However, the low bandwidth and multipath effect of underwater acoustic channel, The random variation of long delay, Doppler effect and background characteristics of high noise make the realization of high performance UASNs become a worldwide problem. In addition, the underwater sensor node radiation signal has a certain beamwidth and random three-dimensional orientation. However, there is no effective technology to deal with this problem. Underwater routing protocol and underwater node location algorithm are the basic problems of UASNs and an important factor to ensure the efficient communication of UASNs. In this paper, the routing protocol and node location algorithm of underwater acoustic sensor networks are studied in order to reduce the network delay, improve the energy utilization and prolong the lifetime of the network. In this paper, the underwater routing protocols are studied, and the existing underwater routing protocols are investigated. The influence of beam width and three-dimensional orientation of underwater sensor node radiation signal on underwater sensor network is analyzed. The underwater network connection caused by beam width and three-dimensional orientation of underwater sensor node radiation signal is analyzed. Reduced pass and problems with a large number of asymmetric links, An adaptive feedback routing protocol based on link state is designed for static water environment, which solves the routing and feedback problems of asymmetric paths and avoids the huge energy consumption caused by the periodic updating of routing tables. In this paper, a beamwidth and beam-oriented routing protocol is further designed for dynamic environments, where the nodes know themselves and the location of the converging nodes. The proposed protocol utilizes beam width and 3D orientation of the radiating signal of underwater sensor nodes for path optimization. The protocol can effectively improve the packet delivery rate and reduce the energy consumption, and the protocol can be used in multi-gateway network applications. Finally, in view of some underwater routing protocols need to know the node location information, this paper further studies the underwater node location algorithm. In this paper, a loop aided location algorithm without time synchronization is proposed, which realizes the symmetrical link ranging without time synchronization, and solves the problem of asymmetric link location without time synchronization. The algorithm can effectively improve the location coverage. And can effectively improve the positioning accuracy for the measurement error.
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.3;TP212.9

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本文編號(hào)：1651557