我國地域遼闊,淡水總量居世界第四位,但分布不均,人均占水量僅為世界水平的1/4,加強對水資源的監(jiān)測對于國民生產(chǎn)有極其深遠的影響。當前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為水資源監(jiān)測的主流方式,其最常用的是水面監(jiān)測技術(shù),并已日漸成熟,但這種監(jiān)測方法只能采集接近于水面的數(shù)據(jù),有一定的局限性。為了能更好的監(jiān)測到水下環(huán)境中的生態(tài)、地形、地殼等數(shù)據(jù),水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為研究熱點。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是從水下環(huán)境收集數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿婊?基站收集的數(shù)據(jù)再被發(fā)送到監(jiān)測中心進行處理。水下是一種三維的動態(tài)環(huán)境,水流、波浪、旋渦等因素的影響都會造成水下數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦щy,如今水下傳輸最為認可的是水聲傳輸方式,因此水聲傳輸裝置是水下組網(wǎng)的必要設(shè)備。聲信道具有以下特點:帶寬很低,傳輸距離短,當終端節(jié)點距離采集節(jié)點很遠時沒辦法接收到數(shù)據(jù);誤碼率高,經(jīng)常出現(xiàn)接收不到信號的現(xiàn)象,一些移動目標例如船舶等,可能會阻斷網(wǎng)絡(luò)兩部分之間的通信;傳播時延相對水面無線信道要長;水下的噪聲也會影響到通信信道的吞吐量。上述特點決定了水下無線組網(wǎng)采用的是多跳路由數(shù)據(jù)收集方式,那么路由算法及節(jié)點部署也必須重新考慮。對于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究我國... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)然而，由于水域環(huán)境具有動態(tài)性，UWSN面臨著許多難題，例如水中聲學信號的傳播速度會造成較大的傳播延遲，信道的可用帶寬受到限制，以及偶爾發(fā)生

19池。在能量消耗和傳輸范圍方面，節(jié)點之間是同構(gòu)的。圖2-1水下傳感器網(wǎng)絡(luò)模型文中使用Thorp模型對水下聲道傳播進行設(shè)計，并調(diào)節(jié)傳輸功率。此外，本文考慮了損耗信道，其中路徑損耗和比特誤差取決于所穿越的距離和信號頻率。設(shè)d為穿越距離，f為信號頻率，則路徑損耗或衰減定義如下[40]：dkAffdAd)(),(0=α(2-1)式2-1中，0A表示歸一化的常數(shù)，k為幾何擴散因子，一般情況下，該因子被設(shè)為1.5。此外，吸收系數(shù)α)(f通過Thorp公式定義。信號的信噪比(SNR)表示有意義的數(shù)據(jù)與噪聲的比值。根據(jù)衰減公式，d為穿越距離，f為信號頻率，信噪比公式如下：)(),()(),(AffPNdfPRfdSNR=(2-2)式2-2中，fPR)(和fPN)(分別表示頻率為f的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點傳輸功率和水下環(huán)境噪聲。為了對接收到的信號進行無差錯解碼，接收方的SNR應(yīng)該高于一個檢測閾值。水下環(huán)境中的環(huán)境噪聲包括4個主要組件，即湍流fPN)(t、航運fPN)(s、波浪NfP)(w和熱能量NfP)(th，環(huán)境噪聲表示如下：)()()()()(fthwstffPNPNf+++=PNfPNPN(2-3)如果這些噪聲各自在不同的頻率區(qū)域中占據(jù)主導地位，則會影響到通信信

21點j）在傳輸距離為d時的成功傳遞概率ijP可計算為：neijP=dP))(1((2-5)設(shè)F表示iR的轉(zhuǎn)發(fā)集，其中包括機會數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中使用的所有節(jié)點。設(shè)Fr=||表示F中的節(jié)點數(shù)量。本算法的第一個目標是從)(iRL中選出足夠的子集F，使得數(shù)據(jù)包傳遞概率最大化，并解決損耗較大的水下環(huán)境中的隱藏終端問題。顯然，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中涉及到的節(jié)點數(shù)量越多，數(shù)據(jù)包傳遞的成功概率就越大。當r=1時，只有一個來自)(iRL的節(jié)點被選擇進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，由此，成功傳遞的機率被限制為單個節(jié)點的數(shù)據(jù)包傳遞概率。節(jié)點iR進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的某個樣例如圖2-2所示。在圖2-2中，如果選擇節(jié)點1n，則傳遞概率為i1P。不使用機會路由的傳統(tǒng)路由協(xié)議也許能夠在目的地之間的每一步達到理想化的數(shù)據(jù)包傳遞概率為),...,,max(21iciiPPP，但這不適用于損耗較大的水下聲信道。另一方面，通過對轉(zhuǎn)發(fā)集的規(guī)模進行最大化，即cr=，所有跳數(shù)較低的鄰近節(jié)點都能夠參與數(shù)據(jù)包傳輸。雖然這樣會增加數(shù)據(jù)包傳遞概率，但也會增加能量消耗和網(wǎng)絡(luò)擁塞。此外，若涉及到更多的節(jié)點，而沒有考慮隱藏終端問題，可能會帶來冗余路徑和數(shù)據(jù)包沖突。圖2-2節(jié)點iR進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的樣例2.3.2機會路由數(shù)據(jù)包進展為指定中繼節(jié)點的優(yōu)先級，本算法定義了一個因子α，以起到歸一化的作用，表示發(fā)送方的深度sD和接收方的深度rD之間的深度差異：

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3580901