海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制研究.pdf

《海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第33卷第3期2014年6月海洋技術(shù)學(xué)報JOURNALOFOCEANTECHNOLOGY海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制研究鄭君杰1，一，馬金鋼2徐四林2，李延斌3，尹路4，朱曉林s(1．解放軍國際關(guān)系學(xué)院，江蘇南京210039；2．解放軍理工大學(xué)，江蘇南京211101；3．陸軍航空兵學(xué)院，北京100011；4．61741部隊北京，100010；5．總參氣象水文局．北京100010)摘要：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)是近年來的新興應(yīng)用研究領(lǐng)域，路由機(jī)制是其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的核心內(nèi)容．用于在水下建立一條數(shù)據(jù)傳輸路徑。由于水下應(yīng)用場景與水聲通信環(huán)境的特殊性

2、．導(dǎo)致陸上傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制難以直接應(yīng)用到水下。文章深入分析了海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景．將其歸結(jié)為水底的二維平面形式與水下三維立體形式。對于二維平面形式提出了節(jié)省能量的路由策略以有效延長網(wǎng)絡(luò)生存時間；對于水下三維立體形式提出一種不依賴位置信息的路由機(jī)制．并針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中存在的路由空洞設(shè)計了有效的路由重構(gòu)機(jī)制。關(guān)鍵詞：海洋；水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)：路由機(jī)制中圖分類號：TP212；TB565文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1003—2029(2014)03—0038—06傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和無線通信模塊的

3、節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，借助節(jié)點上搭載的傳感器實現(xiàn)對現(xiàn)實世界全方位的監(jiān)測與控制，該技術(shù)有效地擴(kuò)展了人們的信息獲取與感知能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性和容錯能力，不會因為某些節(jié)點的失效而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰，非常適合在特殊時刻、特殊環(huán)境中快速構(gòu)建信息基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)在戰(zhàn)場監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。被認(rèn)為是改變21世紀(jì)的具有巨大影響力的技術(shù)之一?。傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要性早已引起了我國科學(xué)界的高度重視，2000年以后國內(nèi)相關(guān)科研院所紛紛開始進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的跟蹤研究，國內(nèi)清華大學(xué)、中科院等高校和科研單位是較早

4、進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的單位。我國《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將其作為信息技術(shù)的前沿方向之一，國家自然科學(xué)基金2005年以來也對傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)行了大力資助。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有隱蔽性好、靈敏度高、可分布式部署、可覆蓋范圍大等諸多優(yōu)點，這些優(yōu)點得到了各國海洋界和軍方的青睞，因此其研究和應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到了水下，如1998年美國海軍研究局主持構(gòu)建的水下無線局域網(wǎng)Seawebt2]便是其典型代表。除此之外，近年來日本、英國、澳大利亞、德國等也一直致力于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究。由于水下聲學(xué)通信是目前唯一實用化的水下通信方式，因

5、此水下傳感器網(wǎng)絡(luò)通常也稱之為水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)。鑒于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要意義，國家“863”計劃和國家自然科學(xué)基金相繼資助了多項相關(guān)研究。哈爾濱工程大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院、廈門大學(xué)、國家海洋中心、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、南京郵電大學(xué)、中國海洋大學(xué)等單位針對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、水下定位、水聲通信等研究領(lǐng)域開展了大量基礎(chǔ)研究，取得了很大成果M。21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，人們迫切需要一種能夠進(jìn)行長時間、高精度、實時、大范圍海洋環(huán)境立體監(jiān)測的新技術(shù)，滿足人們在海洋水文信息探測、海洋收稿日期：2013-05—

6、30基金項目：江蘇省自然科學(xué)基金資助項目(SBK2010129，SBK2011124)；中國博士后基金資助項目(2012M512074)作者簡介：鄭君杰(1977一)，男，博士，講師，主要研究方向為水下組網(wǎng)。E—mail：oldwolf0411@126．com第3期鄭君杰．等：海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制研究39漁業(yè)資源調(diào)查、海洋礦產(chǎn)資源勘探、水下災(zāi)害預(yù)警和水下入侵監(jiān)測等方面的需求，海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)將是能滿足上述需求的有效手段，應(yīng)用前景極為廣闊。1應(yīng)用場景海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用有獲取各種海洋要素、構(gòu)建水下監(jiān)測系統(tǒng)等，在這

7、些應(yīng)用場景中，海洋傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點可能置于海面、海底和水下。若節(jié)點置于海面，節(jié)點間可以使用無線技術(shù)組網(wǎng)通信，可以將其視為陸上傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的延伸，本文不做研究。因此海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景主要有二維海底平面和水下三維立體兩種形式，而三維立體又可以分為三維靜態(tài)和三維動態(tài)兩種形式。1．1二維海底平面結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，傳感器節(jié)點被放置在海底，可近似認(rèn)為各節(jié)點處于一個平面，主要用于海床基監(jiān)測，獲取的監(jiān)測信息可以通過AUV定時收集，或通過各個節(jié)點使用水聲通信技術(shù)以多跳的方式匯聚到水下的簇頭，再通過簇頭直接發(fā)往浮在水面上的網(wǎng)關(guān)節(jié)點，然后通

8、過網(wǎng)關(guān)節(jié)點上搭載的無線通信設(shè)備與衛(wèi)星、船舶或岸上陸基基站通信，最終將海底監(jiān)測信息實時地傳送給用戶，見圖1。圖1二維海底平面結(jié)構(gòu)1．2三維靜態(tài)結(jié)構(gòu)三維靜態(tài)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過對每個傳感器節(jié)點進(jìn)行深度的控制，使某一區(qū)域內(nèi)的多個傳感器節(jié)點分別位于不同的深度，目的是獲得一定區(qū)域的海洋三維立體