本文選題：水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) + 能量感知��； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Senior Network,WSN)經(jīng)過多年的發(fā)展,形成了較為完善的理論體系,這些極大的方便了人們對(duì)地區(qū)的監(jiān)測(cè)和對(duì)環(huán)境的感知。隨著海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、輔助導(dǎo)航、災(zāi)難預(yù)防等方面日益受到重視,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)正被應(yīng)用到水下環(huán)境當(dāng)中。由于水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Senior Network,UWSN)和傳統(tǒng)的陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)和通信方式的不同,陸地傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議不能直接應(yīng)用在水下環(huán)境。本文改進(jìn)了一種基于節(jié)點(diǎn)深度信息的UWSN路由算法,該算法適用于對(duì)相對(duì)封閉(比如湖泊、水庫(kù))并需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景。改進(jìn)算法通過節(jié)點(diǎn)上附加的廉價(jià)水壓傳感器來獲取節(jié)點(diǎn)的深度信息,一個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由信息包含兩項(xiàng):自身的轉(zhuǎn)發(fā)方向、下一跳轉(zhuǎn)發(fā)方向。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí),根據(jù)節(jié)點(diǎn)的路由方向信息選擇備選下一跳節(jié)點(diǎn),然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)來將備選節(jié)點(diǎn)分成內(nèi)部不含隱藏終端的集合,在轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包中會(huì)包含節(jié)點(diǎn)集合的信息,優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)會(huì)獲得優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)由其相對(duì)于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的深度差,節(jié)點(diǎn)剩余能量以及節(jié)點(diǎn)間的距離共同決定。算法對(duì)于原算法的改進(jìn)之處在于:第一,在下一跳的選擇過程中引入節(jié)點(diǎn)剩余能量作為參考因素,讓處在相近深度上的節(jié)點(diǎn)中,能量高的有著更高的可能性成為下一跳,有利于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量的均衡,防止區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)過早稀疏而降低網(wǎng)絡(luò)中的連通性。第二,提出一種新的信標(biāo)增強(qiáng)周期的確定方法,此方法能夠自適應(yīng)水流的變化,不需要知道節(jié)點(diǎn)的速度。由于水下情況復(fù)雜,不同的節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度可能是不一樣的,而且節(jié)點(diǎn)在水下沒有定位系統(tǒng)輔助的情況下其移動(dòng)速度也難以確定。新方法通過水面匯聚節(jié)點(diǎn)最近一輪數(shù)據(jù)采集階段所收到的節(jié)點(diǎn)數(shù)和估計(jì)的能和水面節(jié)點(diǎn)通信的剩余節(jié)點(diǎn)數(shù)來決定信標(biāo)增強(qiáng)的時(shí)機(jī)而無(wú)需參考節(jié)點(diǎn)速度。第三,由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng),節(jié)點(diǎn)到水面的鏈路可能會(huì)因臨時(shí)中斷而錯(cuò)過信標(biāo)增強(qiáng)階段的路由建立。改進(jìn)算法在向水面轉(zhuǎn)發(fā)的感知數(shù)據(jù)包中加入必要的信息,來幫助那些路由過期的節(jié)點(diǎn)重構(gòu)路由。本文用仿真軟件OMNeT++對(duì)兩種算法進(jìn)行仿真分析,在近似的數(shù)據(jù)投遞率下,改進(jìn)算法的路由開銷小于原算法,在合適的水流速度和節(jié)點(diǎn)密度下可以比原算法小5%~15%,在網(wǎng)絡(luò)生存周期方面,改進(jìn)算法相對(duì)于原算法有10%~30%的提升。
[Abstract]:After years of development, Wireless Senior Network WSNs have formed a relatively perfect theoretical system, which greatly facilitates the monitoring of the region and the perception of the environment. With the development of marine resources, marine environmental monitoring, auxiliary navigation, disaster prevention and other aspects of increasing attention, wireless sensor networks are being applied to underwater environment. Due to the difference between underwater Wireless Senior Network (UWSN) and traditional terrestrial wireless sensor networks (WSNs), the routing protocols in terrestrial wireless sensor networks can not be directly applied in underwater environments. In this paper, an improved UWSN routing algorithm based on node depth information is proposed. This algorithm is suitable for scenarios with relatively closed (such as lakes, reservoirs) and needs to be monitored for a long time. The improved algorithm obtains the depth information of a node by adding a cheap water pressure sensor to the node. The routing information of a node contains two items: its forwarding direction and the next hop forwarding direction. When forwarding the data, the next hop node is selected according to the routing direction information of the node, and then the alternative node is divided into a set without hidden terminals according to the priority of the node, and the information of the node collection is included in the transmitted data packet. High priority nodes are given the opportunity to forward data first. The priority of the node is determined by its depth difference relative to the sending node, the residual energy of the node and the distance between the nodes. The improvement of the original algorithm is as follows: first, in the selection of the next jump, the residual energy of the node is introduced as a reference factor, so that the node with high energy is more likely to be the next jump in the near depth. It is beneficial to the equalization of node energy in the network, prevents the nodes in the region from becoming sparse prematurely and reduces the connectivity in the network. Secondly, a new method for determining the period of beacon enhancement is proposed. This method can adapt to the change of water flow without knowing the speed of the node. Because of the complexity of underwater situation, the moving speed of different nodes may be different, and it is difficult to determine the moving speed of nodes without the assistance of underwater positioning system. The new method determines the time of beacons enhancement by the number of nodes received in the most recent round of data acquisition and the estimated number of remaining nodes that can communicate with the surface nodes without reference to the node speed. Third, because of the node movement, the link between the node and the water surface may miss the route establishment of the beacon enhancement phase due to the temporary interruption. The improved algorithm adds the necessary information to the perceptual packets forwarded to the water to help those nodes whose routing is expired to reconstruct the routing. In this paper, we use OMNeT to simulate the two algorithms. Under the approximate data delivery rate, the routing overhead of the improved algorithm is smaller than that of the original algorithm. Under the appropriate flow velocity and node density, the proposed algorithm can be 5 / 15 smaller than the original algorithm. In the network lifetime, the improved algorithm has a 10% or 30% increase compared with the original algorithm.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.3

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本文編號(hào)：2022545