水声通信技术作为智慧海洋工程中的一项重要技术，经历了近半个世纪的发展。针对水声通信网络层技术的研究层出不穷，大大提升了水声通信系统的可靠性和有效性。随着水声通信技术的发展，水下节点间无线组网通信受到了广泛关注，使水声传感器网络(Underwater acoustic sensor network，UASN)的工程化成为可能。在UASN中，端到端可靠传输一直是该领域备受关注的研究热点之一。论文以国家自然科学基金《水声网络中基于数字喷泉码数据传输技术的多目标优化研究》项目研究为背景，在深入分析了现阶段喷泉码在UASN中应用的国内外研究现状的基础上，针对UASN中基于喷泉码的网络可靠传输问题，从喷泉码编译码算法、喷泉码编码冗余度和水声传感器节点发射功率参数优化策略以及喷泉码多跳传输协议3个方面开展了深入研究。
　　首先，论文针对水声信道(Underwater acoustic channel，UAC)复杂的时-空-频变特性，从增强UASN对水声信道环境适应性的角度出发进行研究。在UASN中采用中短码长喷泉码能够降低需要传输的编码包总数量，从而降低单次通信持续时间，使喷泉码UASN通信对水声信道环境具有更好的适应性。论文以LT码为主要研究对象，考虑到LT码译码失败的主要诱因是信源数据包的不完全覆盖和编码矩阵存在短小环，针对中短码长条件下LT码有限长性能与其无限长条件下的设计性能具有一定差距的问题，研究减少短小环以及增加信源数据包覆盖率的方法，提升中短码长LT码的译码性能。论文提出了一种基于高度数编码包掺杂和信源数据包分类的集合间非均匀选择喷泉码编码算法(Doping and non-uniform selecting LT，DNS-LT)，提高了信源数据包覆盖率，降低了编码矩阵出现短小环的概率。DNS-LT编码算法无需复杂的度分布优化设计，仅需改进编码的信源数据包选择过程就可以优化LT码的译码性能。此外，通过研究发现，迭代译码停止集中仍有大量信息可以用于最大似然译码。因此，论文提出了一种置信传播(Belief propagation，BP)和在线高斯消元(On the fly Gaussian elimination，OFG)相结合的OFG-BP联合译码算法，在提升译码性能的同时降低了译码时延。
　　其次，论文根据水声信道环境特性分析了水声信道模型及丢包率模型，建立了通信效率模型和单比特能量消耗模型。在此基础上，深入分析了编码冗余度对通信效率的影响和发射功率在通信效率最大化条件下对单比特能量消耗的影响，最终确立了以通信效率最大化为前提的单比特能量消耗优化思想。提出了2种自适应优化策略，分别为：(1)发射功率固定条件下的自适应编码冗余度优化策略——NLMS-ARO；(2)发射功率可调条件下的自适应编码冗余度和发射功率联合优化策略——NLMS-JAPRO。二者能够优化UASN中节点间点对点通信场景下的通信效率和单比特能量消耗。
　　最后，论文以上述研究为基础，针对UASN中网络层多跳传输的优势和面临的挑战，分析了设计喷泉码UASN网络层多跳传输协议的可行性以及每跳编码冗余度和发射功率对全局性能的影响。进而，提出了用于UASN网络层的编码冗余度和发射功率联合优化喷泉码多跳传输协议，给出了各类传感器节点(信源节点、中间节点、信宿节点)上的数据处理流程。为了降低中间节点处理算法的复杂度，提出了最短路径搜索迭代化简喷泉码部分译码算法和重编码算法。仿真试验表明，所提出的喷泉码多跳传输协议和中间节点部分译码算法以及重编码算法能够优化UASN的全局通信效率和全局单比特能量消耗，降低端到端通信时延、中间节点处理算法的复杂度和信源数据包擦除概率，提升了端到端成功交付率，有助于提升UASN的全局通信性能。