海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在海洋中的延伸,它針對海洋監(jiān)測具體應(yīng)用,部署在極其復(fù)雜可變的海洋環(huán)境中,實現(xiàn)對海洋的實時監(jiān)測。海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)一般包括部署在海面上的網(wǎng)絡(luò)部分和部署在水下的網(wǎng)絡(luò)部分。廣義上的海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)甚至包括陸基海洋近岸網(wǎng)絡(luò)、空基衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等,從而形成更廣意義上的海洋立體監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文主要涉及一般意義上的海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò),即水面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 水面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用無線電波進行通信和組網(wǎng),可用來監(jiān)測風(fēng)向、波高、潮汐、水溫、光照、水質(zhì)污染等與海洋相關(guān)的信息,另外還負責(zé)與水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸?shù)取Ｋ聼o線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前主要利用水聲實現(xiàn)通信和組網(wǎng),與陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比具有以下特點：通信信道具有高時延、時延動態(tài)變化、高衰減、高誤碼率、多徑效應(yīng)、多普勒頻散嚴重、信道高度動態(tài)變化以及低帶寬等特點,被認為是迄今難度最大的無線通信信道；網(wǎng)絡(luò)具有移動性特點；水下節(jié)點使用電池供電,更換電池更為困難；節(jié)點發(fā)送信息耗能比接收信息耗能往往大幾十倍甚至上百倍；由于水下節(jié)點價格昂貴,水下網(wǎng)絡(luò)具有稀疏性部署特點等等。必須針對水下網(wǎng)絡(luò)的這些特點,研究適合水下網(wǎng)絡(luò)的新協(xié)議。 本文針對海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點,主要對以下海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)作了研究： 1.針對稀疏部署的海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò),特別是系泊海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò),對能量平衡問題作了研究。海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般使用電池供電,電池不易更換,能量的均衡消耗直接影響著網(wǎng)絡(luò)的生存期。而系泊海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的稀疏性特點,使得節(jié)點能量均衡消耗更加重要。針對這些特點并根據(jù)水下能量消耗模型,提出兩種延長網(wǎng)絡(luò)生存期的算法EBH和DIB。EBH是一種基于能量分級的能量平衡混合數(shù)據(jù)傳輸算法,它根據(jù)節(jié)點剩余能量的等級變化自動調(diào)節(jié)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的模式,從而在網(wǎng)絡(luò)運行期間達到節(jié)點能量均衡消耗。DIB是一種基于分簇的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能量平衡數(shù)據(jù)傳輸算法,它通過配置節(jié)點不同的初始能量達到能量均衡消耗。 2.海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)是獲取海洋實時監(jiān)測信息的關(guān)鍵技術(shù)之一。不論是環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)難避免、水下安全闖入監(jiān)測、節(jié)能路由控制等,都離不開節(jié)點的位置信息。水下節(jié)點發(fā)送耗能是接收耗能的幾十倍甚至上百倍,另外水下網(wǎng)絡(luò)具有稀疏部署的特點。利用這些特點,本文提出兩種利用AUV輔助定位的節(jié)點被動定位算法,從而把定位能耗最大限度地轉(zhuǎn)移到能量易于補充的AUV上,節(jié)點僅僅接收定位信標就可以計算出自己的位置。這兩種算法分別適用于水下二維和水下三維環(huán)境。在兩種算法中提出利用具有方向角的水聽器發(fā)送方向性信標實現(xiàn)水下定位,從而簡化了定位算法,降低了節(jié)點定位能耗。此外,這兩種定位算法都不依賴于節(jié)點的部署密度,因而比較適合海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)具有稀疏部署的特點。 3.海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)闖入監(jiān)測是安全防御的一個重要組成部分,它主要應(yīng)用在港口保護、海上邊界保護、海上設(shè)施,如海上石油平臺、漁業(yè)設(shè)施的保護等等。本文主要針對海面船只闖入監(jiān)測作了研究,提出應(yīng)用于海洋環(huán)境的闖入監(jiān)測算法。將帶有三軸加速度傳感器的imote2節(jié)點安裝在浮標上,然后把浮標部署在海上試驗基地并作了試驗。通過數(shù)據(jù)分析處理,發(fā)現(xiàn)船行波和海浪具有不同的頻譜特性。利用這些特性設(shè)計了具有三個監(jiān)測層次的闖入監(jiān)測算法。根據(jù)船行波對海浪擾動的具體特點,在算法中提出臨時簇和固定簇相結(jié)合的辦法,從而可以較好地利用闖入監(jiān)測的時空關(guān)聯(lián)性特性。另外,結(jié)合手動部署,闖入算法還可以估計闖入船只的速度。 海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠為海洋環(huán)境保護、資源保護與管理、災(zāi)害監(jiān)測、海洋工程、海上生產(chǎn)作業(yè)和海洋軍事等活動提供更好的技術(shù)設(shè)備和信息平臺。我國是一個海洋大國,海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)在我國有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的繼續(xù)深入,它一定能為我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展起到很好的支撐和促進作用。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TP212.9;P716

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 劉凱;海洋觀測系統(tǒng)中監(jiān)測儀器通信接口的設(shè)計與實現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2012年

2 劉釗;基于水下傳感網(wǎng)的被動定位算法研究[D];南京理工大學(xué);2012年

3 張冬運;基于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的被動目標跟蹤研究[D];江蘇科技大學(xué);2013年

4 朱敬如;海洋物理化學(xué)多參數(shù)綜合監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

5 寧學(xué)侃;水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中蟲洞攻擊檢測與防御研究[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號：2826248