水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

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1、水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議摘要目前,水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(UWSNs)已成為一個(gè)有前途的各種水下應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。一種能量高效的路由協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)際應(yīng)用方面起著至關(guān)重要的作用。然而,由于UWSNs的具體特征,如動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)、窄帶寬、能源消耗迅速,和高延遲,很難構(gòu)建UWSNs路由協(xié)議。在本文中,我們專(zhuān)注于測(cè)量UWSNs現(xiàn)有的路由協(xié)議。首先,我們將現(xiàn)有的路由協(xié)議分為兩類(lèi)基于決策者。然后現(xiàn)有的路由協(xié)議的性能被詳細(xì)的比較。此外,未來(lái)路由協(xié)議的研究問(wèn)題在UWSNs中將被仔細(xì)分析。簡(jiǎn)介在過(guò)去的幾年中,UWSNs的研究數(shù)量迅速增

2、長(zhǎng)，由于在許多水下場(chǎng)景中其廣泛的應(yīng)用,例如海洋氣候觀測(cè)、污染跟蹤,輔助導(dǎo)航、戰(zhàn)術(shù)水下監(jiān)測(cè)、防災(zāi)等。幾乎所有的應(yīng)用程序需要水下傳感器節(jié)點(diǎn)能夠有效地提供準(zhǔn)確的感知數(shù)據(jù)。然而,由于復(fù)雜的水下環(huán)境,如何快速、有效地收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)在海洋表面是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的研究問(wèn)題。實(shí)際上,有許多路由協(xié)議,提出了陸地?zé)o線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(TWSNs)。然而,這些不適合UWSNs,主要是因?yàn)閁WSNs的具體特點(diǎn),如動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)、窄帶寬、快速能源消耗和高速傳播。通常，UWSNs的傳感節(jié)點(diǎn)是隨著洋流移動(dòng)和自由浮動(dòng)的，因此，已存在的路由

3、需要定期的更新和維護(hù)，這顯然介紹高能源消耗。然而,它通常是已知的所有傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限,因此它是為UWSNs建造節(jié)能路由協(xié)議的挑戰(zhàn)。在UWSNs路由協(xié)議中,決策者的路線(xiàn)可以分為兩類(lèi):發(fā)送方和接收方。在基于發(fā)送者的路由協(xié)議中,發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)本身,而在基于接收者的路由協(xié)議中,選擇下一跳節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)為發(fā)送者。相對(duì)基于發(fā)送者的路由協(xié)議比基于接收者的路由協(xié)議更節(jié)能,減少通信開(kāi)銷(xiāo)是必需的。因此,在本文中,路由協(xié)議是基于兩類(lèi)調(diào)查,基于發(fā)送者和基于接收者,如圖1所示本文的其余部分組織如下:協(xié)議的施工和設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹。

4、這些協(xié)議的性能比較的在關(guān)于能源效率、傳輸延遲、網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面。最后,在最后一部分是開(kāi)放的問(wèn)題,結(jié)論。存在的水下路由協(xié)議基于接收者的路由協(xié)議在本節(jié)中,我們將協(xié)議分為三個(gè)類(lèi)別:?能源路由[1,2]。?地理信息路由[3-5]。?混合路由協(xié)議[6]。每一個(gè)路由協(xié)議都將被仔細(xì)分析。能源為基礎(chǔ)的路由:[1],一個(gè)能量?jī)?yōu)化路徑不知道分層路由協(xié)議(E-PULRP)提出了UWSNs,假定一個(gè)水槽節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)的中心。E-PULRP由兩個(gè)階段組成:一個(gè)分層階段和交流階段。在分層階段,構(gòu)造分層架構(gòu)基于不同的傳感器節(jié)點(diǎn)能量水平。一層內(nèi)傳

5、感器節(jié)點(diǎn)有相同的跳數(shù)到水槽節(jié)點(diǎn)。在交流階段,中繼節(jié)點(diǎn)的選擇基于他們到水槽節(jié)點(diǎn)的距離。傳感器節(jié)點(diǎn)靠近水槽和最大限度地遠(yuǎn)離源更有可能被選為一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期,沒(méi)被選擇的傳感器節(jié)點(diǎn)可以休眠來(lái)節(jié)約他們的能量。此外,分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以平衡整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗。然而,傳感器節(jié)點(diǎn)的流動(dòng)并不考慮E-PULRP,因此不適合現(xiàn)實(shí)UWSNs”應(yīng)用。在[2]中一個(gè)名為QELAR的節(jié)能和lifetime-aware路由協(xié)議提出了基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)。QELAR采用q學(xué)習(xí)算法提供數(shù)據(jù)包以最大的程度,即最低成本。q學(xué)習(xí)算法,一個(gè)行為

6、價(jià)值函數(shù)(核反應(yīng)能量),使期望的獎(jiǎng)勵(lì),可以通過(guò)一個(gè)操作獲得在一個(gè)給定的狀態(tài),采用計(jì)算反饋函數(shù)的時(shí)候?；诜答伖δ?傳感器節(jié)點(diǎn)可以選擇足夠的數(shù)據(jù)包傳遞。應(yīng)用q學(xué)習(xí)技術(shù)在QELAR傳感器節(jié)點(diǎn)之間的路由協(xié)議可以平衡工作負(fù)載,減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo),延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。此外,移動(dòng)?QELAR特別適合UWSNs。然而,每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)需要核反應(yīng)能量計(jì)算,記錄大量的信息為介紹傳感器存儲(chǔ)控件的高需求q值計(jì)算。地理信息路由:為了處理節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的問(wèn)題,基于(H2-DAB)路由協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)動(dòng)態(tài)尋址被提出了在[3]中,其中每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配的可

7、路由地址由兩部分組成:節(jié)點(diǎn)ID和跳ID?；诳陕酚傻刂?、H2-DAB路由協(xié)議是可用的甚至一些傳感器節(jié)點(diǎn)隨著洋流運(yùn)動(dòng)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò),因?yàn)槊總€(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)地獲取其地址,不參與任何靜態(tài)配置。此外,H2-DAB是光和能量高效的路由協(xié)議,因?yàn)樗恍枰魏挝恢眯畔⒒蚓S持復(fù)雜的路由表。然而,如何更新及時(shí)的可路由地址,直接影響信息的有效傳播,這是一個(gè)緊迫的問(wèn)題,需要進(jìn)一步的調(diào)查研究。在[4]中，基于深度的路由(DBR)協(xié)議提出了UWSNs。在DBR,每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)使自己的決定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)基于其深度和之前的發(fā)送方的深度。如圖2所

8、示,節(jié)點(diǎn)S是一個(gè)發(fā)送者,以及所有的鄰居節(jié)點(diǎn),如n1、n2和n3,將將會(huì)收到它的包。然而,只有n1和n2選為候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)因?yàn)樗鼈兘咏嫔系膮R聚節(jié)點(diǎn)。此外,節(jié)點(diǎn)n1優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包相比節(jié)點(diǎn)n2。節(jié)點(diǎn)n2的轉(zhuǎn)發(fā)被阻止如果接收到來(lái)自n1的數(shù)據(jù)包在自己的計(jì)劃發(fā)送數(shù)據(jù)包之前。DBR可以動(dòng)態(tài)高效的處理網(wǎng)絡(luò)信息而沒(méi)有要求全面的傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息。但是,如果網(wǎng)絡(luò)中有很多的鄰居節(jié)點(diǎn),很有可能多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出了相同的包并且