水下传感器网络生存期延长策略研究
随着世界各国海洋开发和海洋军事领域的飞速发展，水下传感器网络成为一个新的研究热点，它主要应用于对水下传感器网络所覆盖的区域进行中长期的水下预警、目标检测、海洋水文环境要素监测等，其广阔的应用前景，引起了学术界和军事界的高度重视。与无线电传输不同，海洋水声信道的带宽非常有限，其传输速度要比无线电信号低5个数量级，信号的强度受距离和频率的影响较大；另外，水下传感器网络中的节点都是由电池供电的，限制了网络的生存期。
如何能节约网络节点的能量，延长网络生命周期，是本文的研究重点。首先介绍了无线传感器网络以及水下传感器网络的特点、应用以及当前的热点研究领域：接着分析了水下传感器网络的网络通信结构与能量消耗模型，针对目前传感器网络中现有的各种节能策略，从以下两个方面进行了研究：
由于数据传输消耗大量的能量，因此设计高效节能的路由协议使传感器节点尽可能长时间的工作是水下传感器网络设计中的一项具有挑战性的工作。一些路由协议仅考虑整个网络消耗的能量，并没有考虑单个节点能量消耗，导致整个传感器网络的失效。我们提出的路由策略一路由选择算法(Routing SelectionAlgorithm，简称RSA)正是解决负载平衡的有效方法，它使得整个网络的节点能够均匀地消耗能量，避免个别节点因频繁使用而过早死亡，从而延长了网络的寿命。例如，在直接传输中，最先死亡的是离基站最远的节点，而在多跳传输中，一般情况下，最先死亡的是离基站最近的节点。节点根据基站所广播的算法类型和直接传输概率，交替运用直接传输和多跳传输，以达到平衡整个网络的能耗的目的。
在实际的水下传感器网络中，节点密度比较大，检测范围存在相互重叠，即存在大量的冗余数据，如何消除冗余数据成为减少网络能量消耗的一种重要的策略，本文基于节点的检测半径，提出了激活节点的路由选择(Active NodesRouting Selection，简称ANRS)算法。．它是在激活节点选取(Active NodesSelection，简称ANS)算法的基础上，将前面RSA算法改进后引入。ANS算法在保证检测区域一重覆盖的前提下，增加了处于休眠状态的节点，延长了网络的工作寿命。
本文对以上提出的算法进行了理论分析和仿真验证。首先针对水下传感器网络的特点，对直接传输、多跳传输和RSA算法，从节点间距、节点数和频率三方面对网络生存期、单个节点的能量损耗的影响进行了仿真试验。仿真结果表明，基于RSA算法的水下传感器网络生存期延长策略，能有效得减少单个节点的耗能负载，均衡节点间能耗，使得数据通信能够平均分布于多个节点，改善网络性能，延长网络生命周期。然后，我们对ANS算法进行仿真，在保证检测区域被覆盖的前提下，该算法减少了处于激活状态节点的个数，达到减少冗余数据的目的。另外，基于ANRS算法的水下传感器网络生存期延长策略较之基于RSA算法的水下传感器网络生存期延长策略能有效提高网络生存期。
水下传感器网络;网络生存期;能量均衡;路由选择;激活节点选取;海洋开发
中国海洋大学
硕士
计算机应用技术
郭忠文
2007
中文
TP212;TN929.3
70
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）