【摘要】：近年來,隨著世界各國對海洋權(quán)益日益重視以及對海洋資源的不斷開發(fā)利用,作為認(rèn)識和了解海洋的便利工具,水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為信息領(lǐng)域的研究熱點。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅面臨著節(jié)點能量有限、通信能力有限、計算/存儲能力有限等問題;還存在由海水腐蝕造成的節(jié)點易失效問題,由水流作用造成的節(jié)點隨機(jī)移動問題,以及水聲通信的高延時、高誤碼率、多徑效應(yīng)等問題。本文以降低和均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗、延長網(wǎng)絡(luò)壽命為出發(fā)點,利用拓?fù)淇刂萍夹g(shù)分別研究了小型三維水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和大型三維水下無線傳感器分層網(wǎng)絡(luò)中的能耗不均問題,在延長網(wǎng)絡(luò)壽命的同時,根據(jù)水下實際環(huán)境優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的其它性能。文章的具體研究內(nèi)容如下:(1)針對小型三維水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗不均、通信質(zhì)量差和節(jié)點易失效問題,本文提出了一種基于最優(yōu)剛性圖的拓?fù)淇刂扑惴�。首�?考慮到節(jié)點能耗不均問題以及水聲通信方式高誤碼率問題,結(jié)合節(jié)點傳輸負(fù)載特征和節(jié)點剩余能量設(shè)計了一種均衡負(fù)載權(quán)值函數(shù)和以通信距離為基礎(chǔ)設(shè)計了一種鏈路質(zhì)量權(quán)值函數(shù);然后,考慮到水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點易失效問題,結(jié)合最優(yōu)剛性圖的特點,將上述兩個權(quán)值函數(shù)相結(jié)合作為節(jié)點間鏈路權(quán)值,構(gòu)建3-連通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提高了網(wǎng)絡(luò)魯棒性;最后,周期性重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?保證網(wǎng)絡(luò)連通性。同時論文在理論上證明了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效約束網(wǎng)絡(luò)平均節(jié)點度,并且不產(chǎn)生關(guān)鍵節(jié)點。最后通過仿真實驗,驗證了本算法可有效提升網(wǎng)絡(luò)壽命、鏈路質(zhì)量等性能。(2)針對大型三維水下無線傳感器分層網(wǎng)絡(luò)中簇首節(jié)點能耗不均問題以及水聲通信的高時延問題,本文提出了一種基于等級劃分的非均勻分簇算法。考慮到相近水深的簇首節(jié)點的簇內(nèi)成員數(shù)量差別較大問題,本文分析節(jié)點密度和節(jié)點位置對簇首節(jié)點能耗的影響,優(yōu)化選簇過程;考慮到相近水深的簇首節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)其他簇首節(jié)點數(shù)據(jù)數(shù)量差別較大問題,提出一種新型的簇首節(jié)點等級劃分方法,劃分簇首等級,優(yōu)化節(jié)點入簇過程;并在路由選擇過程中,建立綜合考慮傳輸能耗和通信時延的簇間路由,在優(yōu)化均衡網(wǎng)絡(luò)能耗的同時,降低網(wǎng)絡(luò)時延。最后通過仿真對比,驗證了本算法可有效均衡網(wǎng)絡(luò)能耗、延長網(wǎng)絡(luò)壽命,并具有較低的通信時延。
【圖文】：

傳感器節(jié)點水聲鏈路射頻鏈路船舶海床海上基站海岸基站圖 2-3 三維靜態(tài)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.2-3 3D underwater sensor network structureV 的三維水下傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)感器網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)的要求，自主水下航行器AUV被 的三維水下傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖 2-4。自主水下航感器和其他一些先進(jìn)技術(shù)的任務(wù)控制器，其可以存儲發(fā)能量損耗可以忽略不計；同時，理論上 AUV 可以。因此，在水下三維傳感器網(wǎng)絡(luò)中加入 AUV，會極的靈活性。同時，AUV 的制造成本比較高，，目前功無法大量應(yīng)用于感知覆蓋。海岸控制中心衛(wèi)星
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅小元;王慧彬;王金然;關(guān)新平;;基于最優(yōu)剛性圖的鏈路質(zhì)量與能量的拓?fù)淇刂扑惴╗J];控制與決策;2015年11期

2 何明;梁文輝;陳秋麗;陳希亮;陳劍;;基于拓?fù)渲貥?gòu)的水下移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化[J];通信學(xué)報;2015年06期

3 王金然;羅小元;楊帆;關(guān)新平;;三維最優(yōu)持久編隊拓?fù)渖刹呗訹J];自動化學(xué)報;2015年06期

4 蘇金樹;郭文忠;余朝龍;陳國龍;;負(fù)載均衡感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯分簇算法[J];計算機(jī)學(xué)報;2014年02期

5 羅小元;閆彥霖;郝麗娟;李紹寶;關(guān)新平;;基于最優(yōu)剛性圖的能量有效分布式拓?fù)淇刂扑惴╗J];通信學(xué)報;2013年12期

6 ;Automatic Generation of Optimally Rigid Formations Using Decentralized Methods[J];International Journal of Automation & Computing;2010年04期

7 劉林峰;劉業(yè);;基于滿Steiner樹問題的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆纤惴ㄑ芯縖J];通信學(xué)報;2010年09期

8 解文斌;鮮明;陳永光;;基于等概率路由模型的傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡研究[J];電子與信息學(xué)報;2010年05期

9 劉少偉;羅丹彥;向琳;左德承;;能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂扑惴╗J];電子科技大學(xué)學(xué)報;2010年S1期

10 于振華;劉宇;紀(jì)明;蔡遠(yuǎn)利;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種能量高效的分布式分簇算法[J];控制與決策;2009年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 陳晰;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于剛性圖論的節(jié)能與容錯拓?fù)淇刂扑惴ㄑ芯縖D];河北工程大學(xué);2016年

2 黃晨程;基于博弈論的UWSNs拓?fù)淇刂萍夹g(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

本文編號：2687750