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随着各国对海洋环境的保护、海洋资源的开发以及海域权益的维护越来越重视,海洋监测成为人类研究海洋、探索海洋的重要举措之一。水声网络在国防应用、环境监测、灾难预防等各方面有着广泛的应用前景。在水声网络中,水下节点间采用声信号进行通信。与传统的陆地无线传感器网络相比,水声网络还具有能量受限、误码率高、延迟长、带宽窄、动态的网络拓扑等特点。这些特点使得现有的陆地无线传感器网络路由协议不能直接应用于水声网络,设计出适用于水声网络路由协议面临着很大的挑战。
针对现有水声网络路由协议中存在的高能耗、长延迟及路由空洞等问题,本文提出了一种基于分层策略的多径水声网络路由协议—基于分层的能量均衡路由LEER(Layer-based and Energy-Efficient Routing)协议。LEER协议主要分为网络初始化阶段和数据传输阶段两个阶段。在网络初始化阶段,每个水下节点通过汇聚节点广播的Hello报文来更新自身的层级信息。层级的使用避免了路由空洞问题,同时还是接收节点判断自己是否转发数据的重要依据之一。在数据传输阶段,数据源节点采集数据后采用泛洪的方式向网络中发送数据,经过多跳转发给位于水面的汇聚(sink)节点。使用泛洪方式进行数据传输的LEER协议属于多径路由,提高了网络的容错性和鲁棒性。接收节点根据层级、剩余能量和一跳延迟三个因素来判断自己是否进行数据转发。通过将剩余能量高和一跳延迟小的节点作为进行数据转发的节点,有效地实现了能量均衡,延迟了网络寿命,降低了网络中端到端的延迟。层级的考虑限制了同层节点间的传输,减少了冗余包的转发,进而降低网络能量消耗,同时避免了路由空洞问题。此外,使用LEER协议进行路由时不需要节点获取其地理位置信息。
最后,为了验证本文提出的LEER协议的性能,将LEER协议在NS-3仿真平台上进行了仿真实验,并与DBR协议进行了对比。仿真结果表明,LEER协议有效地提高了包交付率,降低了端到端的延迟,在能耗方面也优于DBR协议。
针对现有水声网络路由协议中存在的高能耗、长延迟及路由空洞等问题,本文提出了一种基于分层策略的多径水声网络路由协议—基于分层的能量均衡路由LEER(Layer-based and Energy-Efficient Routing)协议。LEER协议主要分为网络初始化阶段和数据传输阶段两个阶段。在网络初始化阶段,每个水下节点通过汇聚节点广播的Hello报文来更新自身的层级信息。层级的使用避免了路由空洞问题,同时还是接收节点判断自己是否转发数据的重要依据之一。在数据传输阶段,数据源节点采集数据后采用泛洪的方式向网络中发送数据,经过多跳转发给位于水面的汇聚(sink)节点。使用泛洪方式进行数据传输的LEER协议属于多径路由,提高了网络的容错性和鲁棒性。接收节点根据层级、剩余能量和一跳延迟三个因素来判断自己是否进行数据转发。通过将剩余能量高和一跳延迟小的节点作为进行数据转发的节点,有效地实现了能量均衡,延迟了网络寿命,降低了网络中端到端的延迟。层级的考虑限制了同层节点间的传输,减少了冗余包的转发,进而降低网络能量消耗,同时避免了路由空洞问题。此外,使用LEER协议进行路由时不需要节点获取其地理位置信息。
最后,为了验证本文提出的LEER协议的性能,将LEER协议在NS-3仿真平台上进行了仿真实验,并与DBR协议进行了对比。仿真结果表明,LEER协议有效地提高了包交付率,降低了端到端的延迟,在能耗方面也优于DBR协议。