我國(guó)地域遼闊,淡水總量居世界第四位,但分布不均,人均占水量?jī)H為世界水平的1/4,加強(qiáng)對(duì)水資源的監(jiān)測(cè)對(duì)于國(guó)民生產(chǎn)有極其深遠(yuǎn)的影響。當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為水資源監(jiān)測(cè)的主流方式,其最常用的是水面監(jiān)測(cè)技術(shù),并已日漸成熟,但這種監(jiān)測(cè)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(cè)到水下環(huán)境中的生態(tài)、地形、地殼等數(shù)據(jù),水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為研究熱點(diǎn)。水下無(wú)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(cè)中心進(jìn)行處理。水下是一種三維的動(dòng)態(tài)環(huán)境,水流、波浪、旋渦等因素的影響都會(huì)造成水下數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦щy,如今水下傳輸最為認(rèn)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(diǎn):帶寬很低,傳輸距離短,當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)距離采集節(jié)點(diǎn)很遠(yuǎn)時(shí)沒(méi)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(hào)的現(xiàn)象,一些移動(dòng)目標(biāo)例如船舶等,可能會(huì)阻斷網(wǎng)絡(luò)兩部分之間的通信;傳播時(shí)延相對(duì)水面無(wú)線信道要長(zhǎng);水下的噪聲也會(huì)影響到通信信道的吞吐量。上述特點(diǎn)決定了水下無(wú)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(diǎn)部署也必須重新考慮。對(duì)于水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究我國(guó)... 

【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：146 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)然而，由于水域環(huán)境具有動(dòng)態(tài)性，UWSN面臨著許多難題，例如水中聲學(xué)信號(hào)的傳播速度會(huì)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(diǎn)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(duì)水下聲道傳播進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(hào)頻率。設(shè)d為穿越距離，f為信號(hào)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(kuò)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(guò)Thorp公式定義。信號(hào)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(hào)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(diǎn)傳輸功率和水下環(huán)境噪聲。為了對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)解碼，接收方的SNR應(yīng)該高于一個(gè)檢測(cè)閾值。水下環(huán)境中的環(huán)境噪聲包括4個(gè)主要組件，即湍流fPN)(t、航運(yùn)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(dǎo)地位，則會(huì)影響到通信信

21點(diǎn)j）在傳輸距離為d時(shí)的成功傳遞概率ijP可計(jì)算為：neijP=dP))(1((2-5)設(shè)F表示iR的轉(zhuǎn)發(fā)集，其中包括機(jī)會(huì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中使用的所有節(jié)點(diǎn)。設(shè)Fr=||表示F中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。本算法的第一個(gè)目標(biāo)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(wèn)題。顯然，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中涉及到的節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，數(shù)據(jù)包傳遞的成功概率就越大。當(dāng)r=1時(shí)，只有一個(gè)來(lái)自)(iRL的節(jié)點(diǎn)被選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，由此，成功傳遞的機(jī)率被限制為單個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳遞概率。節(jié)點(diǎn)iR進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的某個(gè)樣例如圖2-2所示。在圖2-2中，如果選擇節(jié)點(diǎn)1n，則傳遞概率為i1P。不使用機(jī)會(huì)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(dá)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(guò)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)集的規(guī)模進(jìn)行最大化，即cr=，所有跳數(shù)較低的鄰近節(jié)點(diǎn)都能夠參與數(shù)據(jù)包傳輸。雖然這樣會(huì)增加數(shù)據(jù)包傳遞概率，但也會(huì)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(diǎn)，而沒(méi)有考慮隱藏終端問(wèn)題，可能會(huì)帶來(lái)冗余路徑和數(shù)據(jù)包沖突。圖2-2節(jié)點(diǎn)iR進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的樣例2.3.2機(jī)會(huì)路由數(shù)據(jù)包進(jìn)展為指定中繼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，本算法定義了一個(gè)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(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3580901