基于ELV的水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)能算法研究

【摘要】： 隨著無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和大規(guī)模應用,水下傳感器網(wǎng)絡的應用也越來越受到人們的關注。水下傳感器網(wǎng)絡是一種新型的網(wǎng)絡范例,被設想應用于海洋數(shù)據(jù)采集,海洋污染監(jiān)測,海面探測,海上災難預防,海上援助導航和戰(zhàn)術監(jiān)控應用等。水下傳感器網(wǎng)絡通常由若干靠聲波互相通信的水下傳感器、水下自治機器人(AUV)和一個負責與陸地上的控制中心進行聯(lián)絡的水面基站組成。AUV是一個無人操作的自動式平臺,他們?yōu)楹Ｑ笱芯空邆冴P于如何收集海洋數(shù)據(jù)的問題提供了簡單、長期且廉價的解決方案。通常AUV被應用于海洋取樣,水下系統(tǒng)檢查,并在軍事上用于魚雷防范措施操作。由于配備AUV的水下傳感器網(wǎng)絡可以不受范圍和電纜的限制在遠程控制下運作,因此它們能夠在海洋學,海洋環(huán)境監(jiān)測,水下資源研究中有廣泛的應用。目前,人們的研究工作已經(jīng)證明了配備價格低廉的AUV和多個水下傳感器的潛水艇可以到達海洋中的任何深度,這說明它們還可以在許多方面加強水下傳感器網(wǎng)絡的性能,如對三維沿海的海洋環(huán)境的取樣等。 盡管水下傳感器網(wǎng)絡有著廣闊的應用前景,但水下環(huán)境的特殊性造成了水下傳感器節(jié)點能量有限且無法再充電的特點,這構成了水下傳感器網(wǎng)絡應用的瓶頸。因此如何能節(jié)約水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的能量,延長網(wǎng)絡生命周期,是水下傳感器網(wǎng)絡研究中的一個熱點。 本文以此為研究背景,首先介紹了水下傳感器網(wǎng)絡的結構,特性,配備AUV的水下傳感器網(wǎng)絡的特點,水下傳感器網(wǎng)絡的應用和設計因素;本文分析了水下傳感器網(wǎng)絡的能量消耗因素,并研究了現(xiàn)有的一些應用于水下傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能技術和策略;結合某些陸地無線傳感器網(wǎng)絡和水下傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能協(xié)議并加以改進,本文提出了一個水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)能模型,并重點描述了水下傳感器網(wǎng)絡的簇的構成和信道建立過程;隨著AUV技術的發(fā)展,很多水下傳感器網(wǎng)絡都配有AUV,因此水下傳感器網(wǎng)絡與AUV的通信問題也成為人們研究的焦點,本文分析了AUV的控制機制和運動模式,并結合本文提出的水下傳感器網(wǎng)絡模型提出了一個用于水下傳感器網(wǎng)絡與AUV實時通信的能效路由協(xié)議,該路由協(xié)議能夠使水下傳感器節(jié)點及時追蹤到AUV的位置并將信息數(shù)據(jù)包由最短路徑傳遞給AUV;令水下傳感器節(jié)點進入周期性的休眠是水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)能的最有效途徑,但由于休眠導致的通信延遲增大,或由于AUV的高速移動都會引起信息數(shù)據(jù)包傳送成功率的降低。針對此問題,本文提出了命中率的概念并從理論上描述了在保證信息傳送成功率的情況下,能量消耗、通信延遲、移動速度(Energy、Latency、Velocity簡稱ELV)三者之間的關系,即:基于ELV的水下傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化算法,為水下傳感器網(wǎng)絡設計權衡各參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù),并通過仿真證明該算法能使網(wǎng)絡保證一定的信息傳遞成功率并節(jié)省能量。 【關鍵詞】：水下傳感器網(wǎng)絡 節(jié)能 AUV 休眠 時延
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TP212.9;TN929.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 0 引言11-14
• 1 水下傳感器網(wǎng)絡概述14-23
• 1.1 水下傳感器網(wǎng)絡結構14-15
• 1.2 水下傳感器網(wǎng)絡特性15-17
• 1.3 配備AUV 的水下傳感器網(wǎng)絡17-18
• 1.4 水下傳感器網(wǎng)絡應用研究18-19
• 1.5 水下傳感器網(wǎng)絡設計的因素19-23
• 2 水下傳感器網(wǎng)絡中節(jié)能協(xié)議分析23-35
• 2.1 能量消耗和節(jié)能技術23-25
• 2.2 水下傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)能協(xié)議25-35
• 2.2.1 水下傳感器網(wǎng)絡的通訊結構26
• 2.2.2 MAC 層的節(jié)能協(xié)議分析26-28
• 2.2.3 網(wǎng)絡層的節(jié)能協(xié)議分析28-33
• 2.2.4 傳輸層的節(jié)能協(xié)議分析33-35
• 3 基于節(jié)能的水下傳感器網(wǎng)絡模型35-43
• 3.1 水下傳感器網(wǎng)絡的簇型模型35-38
• 3.1.1 簇的結構模型35-37
• 3.1.2 簇的初始化37
• 3.1.3 簇的維護37-38
• 3.2 網(wǎng)絡信道模型38-43
• 3.2.1 信道傳播模型38-39
• 3.2.2 信道的建立和分配39-43
• 4 基于水下傳感器網(wǎng)絡的AUV 運行和通信43-52
• 4.1 AUV 的運行模型43-47
• 4.2 AUV 在任意簇中的平均移動距離47-48
• 4.3 基于AUV 位置信息的能效路由協(xié)議48-52
• 5 基于ELV 的水下傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化設計52-62
• 5.1 問題的提出52
• 5.2 命中率的概念52-54
• 5.3 AUV 位置更新時間54-55
• 5.4 基于ELV 的水下傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化算法55-57
• 5.5 仿真分析57-62
• 6 總結與展望62-64
• 參考文獻64-69
• 致謝69-70
• 作者個人論文發(fā)表情況70

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