發(fā)布時(shí)間：2019-09-13 00:03

【摘要】：水下傳感器網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用于水下通信的重要傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。提出了基于固定節(jié)點(diǎn)3D網(wǎng)格部署的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法,設(shè)計(jì)了3D網(wǎng)格的編址和分簇方法,實(shí)現(xiàn)了基于地址分配的節(jié)點(diǎn)定位,構(gòu)建了算法的能耗分析模型。采用MATLAB完成了算法的性能仿真,對(duì)比了DS-VBF、IAR和GEDAR 3個(gè)算法的平均數(shù)據(jù)傳輸延遲和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間(TTL)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此算法的平均數(shù)據(jù)傳輸延遲較短,可明顯提高UWSNS的生存時(shí)間。
【圖文】：

詮潭ń詰?D網(wǎng)格部署的UWSNs分簇算法UWSNs分為二維結(jié)構(gòu)、固定節(jié)點(diǎn)的3D結(jié)構(gòu)和帶自動(dòng)水下航行器（AUVs）的3D結(jié)構(gòu)3種。二維結(jié)構(gòu)的UWSNs由固定或者隨機(jī)部署在對(duì)應(yīng)海床上的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成［1］。固定節(jié)點(diǎn)的3DUWSNs由固定部署在海平面下不同深度的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。這些傳感器節(jié)點(diǎn)既可以采用錨，也可以采用浮標(biāo)來實(shí)現(xiàn)部署。帶AUVs的3D結(jié)構(gòu)由部署在不同深度的AUV構(gòu)成。本文基于固定節(jié)點(diǎn)3D結(jié)構(gòu)部署了水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了一種分簇算法。1.1網(wǎng)絡(luò)部署與網(wǎng)格編號(hào)將固定節(jié)點(diǎn)的UWSNs網(wǎng)絡(luò)采用3D模式部署在海洋中，如圖1所示。在該部署模式下，將UWSN劃分成n層，每層的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)簇，簇頭選舉算法基于節(jié)點(diǎn)在簇中的位置來選擇頭結(jié)點(diǎn)。水平的聲納鏈路用來實(shí)現(xiàn)簇之間的通信。簇頭收集并聚合簇內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并采用垂直聲納鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送到上層簇頭節(jié)點(diǎn)。圖1節(jié)點(diǎn)固定的3D部署王建平，等：固定節(jié)點(diǎn)3D網(wǎng)格部署的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法·85·0827

（總第42-）火力與指揮控制2017年第5期將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分成3D網(wǎng)格，網(wǎng)格的編號(hào)如圖2所示。將最優(yōu)的水平傳輸距離控制在50m之內(nèi)，垂直傳輸距離在500m之內(nèi)。每個(gè)網(wǎng)格設(shè)置為30×40×500m3，每個(gè)3D網(wǎng)格構(gòu)成一個(gè)簇。圖2分層3D網(wǎng)絡(luò)的UWSNs結(jié)構(gòu)1.2分簇過程本文提出的分簇算法中，數(shù)據(jù)傳輸由配置、數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)傳輸3個(gè)步驟構(gòu)成。其中配置階段，用來實(shí)現(xiàn)簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇過程；數(shù)據(jù)聚合階段，所有的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)向簇頭節(jié)點(diǎn)的傳輸，簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接收的數(shù)據(jù)聚合；數(shù)據(jù)傳輸階段，簇頭節(jié)點(diǎn)將聚合后的數(shù)據(jù)通過中繼傳輸?shù)交尽Ｔ谂渲秒A段，將簇中內(nèi)存和電量最大的節(jié)點(diǎn)選舉為簇頭節(jié)點(diǎn)HN，多個(gè)HN節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和負(fù)載均衡。這些HN節(jié)點(diǎn)可以和簇內(nèi)的其他多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（DN節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行通信，并以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如圖3所示，是一個(gè)分簇后的基本3D網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。圖33D網(wǎng)格的構(gòu)成如圖3所示，一個(gè)3D網(wǎng)格具有多個(gè)HN節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)從這些HN節(jié)點(diǎn)中循環(huán)選擇。盡管在一個(gè)簇內(nèi)可以有多個(gè)節(jié)點(diǎn)被選舉為簇頭，但是在一個(gè)時(shí)刻僅有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)被選舉出來，，其他HN節(jié)點(diǎn)均處于休眠模式。選舉主要參照這些參與競爭的HN節(jié)點(diǎn)的剩余內(nèi)存和電量。簇圍繞著簇頭節(jié)點(diǎn)形成，每個(gè)HN節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)，它發(fā)送一個(gè)簇頭廣播HNAdv（Cluster-HeadAdvertisement，HNAdv）報(bào)文，HNAdv報(bào)文包括HN節(jié)點(diǎn)的ID和一個(gè)整型計(jì)數(shù)值HNCount。該值表示該節(jié)點(diǎn)充當(dāng)簇頭的次數(shù)。每個(gè)DN節(jié)點(diǎn)將和隸屬其網(wǎng)格的簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。如果有多個(gè)HN節(jié)點(diǎn)競爭簇頭，系統(tǒng)則會(huì)選擇HNCount值最小的節(jié)點(diǎn)來充當(dāng)。如果多個(gè)HN節(jié)點(diǎn)具有相同的HNCount，則具有最小ID的HN節(jié)點(diǎn)被選舉為簇頭節(jié)點(diǎn)。DN節(jié)點(diǎn)在回復(fù)HNAdv報(bào)文之前先要等待一個(gè)時(shí)間間隔TWait_Adv。TWait_Adv保證了
【作者單位】： 河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院;武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(31371525) 河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)基金(14A520067);河南省教育廳人文社會(huì)科學(xué)研究基金(2014-gh-245) 河南省新鄉(xiāng)市科技發(fā)展計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(14GY23)
【分類號(hào)】：TN929.3;TP212.9

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本文編號(hào)：2535430