水下傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法及路由技術(shù)研究.pdf

1、21世紀(jì)開(kāi)啟了人類全面開(kāi)發(fā)和利用海洋資源的新紀(jì)元，水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Network，UWSN)作為一種新生的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為人類探索水下未知世界、發(fā)掘更多的水下資源提供了一種全新的方式，在水下環(huán)境監(jiān)測(cè)、輔助導(dǎo)航及海嘯預(yù)警等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已逐步成為各國(guó)研究學(xué)者的研究熱點(diǎn)。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要包括水聲信道、網(wǎng)絡(luò)定位、拓?fù)淇刂萍奥酚赊D(zhuǎn)發(fā)等方面。然而由于水下環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)

2、雜，水下聲信道具有長(zhǎng)延時(shí)、帶寬低、多普勒效應(yīng)等特性，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究相比傳統(tǒng)陸地網(wǎng)絡(luò)面臨更大的挑戰(zhàn)。
　　本文主要對(duì)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位及路由技術(shù)展開(kāi)研究，本文的研究工作和主要貢獻(xiàn)如下:
　　首先，在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的研究方面，在自上而下的節(jié)點(diǎn)定位策略基礎(chǔ)上，針對(duì)原始定位方案在整個(gè)定位過(guò)程中均沒(méi)有考慮定位歧義、特別是翻轉(zhuǎn)歧義對(duì)定位誤差的影響，提出了考慮翻轉(zhuǎn)歧義的UWSN自上而下的節(jié)點(diǎn)定位改進(jìn)方案。首先分析

3、了如何在定位中選取錨節(jié)點(diǎn)子圖使得定位翻轉(zhuǎn)歧義發(fā)生的可能性最小，并提出了度量這種可能性的方法及提出了選擇錨節(jié)點(diǎn)組合使得對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的定位發(fā)生翻轉(zhuǎn)歧義的可能性最小的錨節(jié)點(diǎn)選擇策略。依據(jù)是否采用提出的錨節(jié)點(diǎn)選擇策略，提出了兩種定位改進(jìn)方案并進(jìn)行了詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，方案設(shè)計(jì)主要包括節(jié)點(diǎn)深度已知的位置坐標(biāo)估計(jì)、定義改進(jìn)的置信度因子、利用梯度法優(yōu)化定位估計(jì)結(jié)果三個(gè)部分。其中，改進(jìn)的置信度因子綜合考慮了定位估計(jì)誤差和翻轉(zhuǎn)歧義對(duì)實(shí)際定位誤差的影響。仿真實(shí)驗(yàn)

4、表明提出的改進(jìn)方案能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)平均定位誤差，保證網(wǎng)絡(luò)定位具有較高的定位率，綜合提升網(wǎng)絡(luò)的定位性能。
　　此外，本文在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的研究中提出了一種適用于能夠提供位置服務(wù)的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議-基于位置信息的水下機(jī)會(huì)路由(Position-based Underwater Opportunistic Routing，PUOR)。協(xié)議結(jié)合了(Opportunistic Void Avoidance Routing，OVA

5、R)協(xié)議的設(shè)計(jì)思路，采用機(jī)會(huì)式路由的設(shè)計(jì)思想來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。協(xié)議利用信標(biāo)機(jī)制獲得目的節(jié)點(diǎn)和周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行候選轉(zhuǎn)發(fā)集合選擇。協(xié)議的候選轉(zhuǎn)發(fā)集合求解同時(shí)能夠解決隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題和空洞問(wèn)題。針對(duì)OVAR協(xié)議的能耗-可靠性度量權(quán)衡系數(shù)分配不靈活、無(wú)法適應(yīng)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，協(xié)議利用網(wǎng)絡(luò)假設(shè)目的節(jié)點(diǎn)或水面船基站節(jié)點(diǎn)能夠收集水下節(jié)點(diǎn)位置信息的特性，提出了基于網(wǎng)絡(luò)全局拓?fù)涞哪芎?可靠性度量權(quán)重配比方案，并詳細(xì)闡述