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水声网络(Underwater Acoustic Networks,UANs)在海洋资源勘探、国防军事应用等方面有着广泛的应用前景。水下组网与数据传输是水声网络的关键部分,而路由协议是组网和数据传输的核心内容。水声网络具有误码率高、延时大、能耗严重等特点,设计适用于UANs的路由协议具有重要的研究价值。因此本文将以UANs路由协议作为研究重点,主要研究内容包括:(1)本文首先对传统路由协议和分层路由协议进行了比较分析,得出分层路由不仅具有较高的可靠性,而且能够有效解决“空旷区域”问题,同时降低网络能耗;论文进一步从协议的操作性、性能等方面分析了单径和多径路由协议,得出单径路由协议不仅可以提高传输效率、减少冲突,而且能够降低网络能耗。(2)针对以上分析得出的结论,提出了基于最短跳距的节点分层方案。方案中,节点收到控制报文后,提取发送节点的id、层级等信息,根据发送节点的层级与距离来确定或更新自己的层级信息。利用数学模型和MATLAB对采用最短跳距的分层方案与采用最小跳数的分层方案进行了分析与对比,并基于NS3仿真平台进行仿真试验。理论分析、MATLAB仿真、NS3平台下的仿真实验一致表明,采用最短跳距分层方案的数据传输在能量消耗方面具有明显的优势。(3)在基于最短跳距的分层方案基础上,进一步提出了基于距离和能量的分层单径路由协议(Layering Single-Path Routing Protocol based on Distance and Energy,DELR)。DELR协议中,每个传感器节点维护一张邻居表,邻居表中包含自身和两跳邻居节点的id、层级等信息。网络初始化完成后,sink节点周期性广播控制报文,传感器节点收到控制报文后,提取邻居表中的id、层级等信息,更新自己的邻居表,并将广播报文转发出去。节点做路由时,根据邻居表中节点的层级、距离和能量选择最佳的下一跳转发节点,并将数据包发送给最佳的下一跳转发节点。利用NS3网络仿真平台对DELR协议路由算法进行了仿真实验并进行了分析,结果表明,DELR协议的交付率可达90%,平均端到端的延时为3.9s,可以有效均衡节点能耗,延长整个网络的生存周期。