水下传感器网络基于能量和链路质量的路径选择研究

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水下无线传感器网络是由一系列具有声学通信能力和计算能力的传感器节点构成的水下检测网络系统,在海洋资源勘测,水污染检测、海洋地震监控、战术监视等领域都有着广泛的应用前景。近些年来,有关水下传感器网络方面的研究已经引起各国政府和研究机构的广泛关注,成为当前研究热点之一。水下传感器网络依靠声音进行通信,声音在水中的传播速度较低,数据往往通过多个中间节点的转发才能传输到基站。由于水声网络本身具有能量受限、高延迟、低带宽、信号衰减、信道质量依环境变化等特点,使得水下无线传感器网络中路径选择的研究面临巨大挑战。目前水下传感器网络通常简单地基于节点的地理位置进行数据转发,如常用的VBF、HHVBF路由协议。这往往会造成在节点稀疏时找不到转发路径,或者节点密集时大量节点参与转发过程,从而使网络的性能大大降低。针对该问题,本论文提出了一种基于节点的剩余能量和链路质量的跨层路径选择算法来对转发节点进行选择。本文根据历史传输信息,采用指数平滑法对节点间链路质量进行预测,并结合节点的剩余能量和链路质量进一步提出了节点质量因子,通过选择邻居节点中具有最大质量因子的节点作为转发节点,均衡了网络中能量的消耗,提高数据传输成功率,延长了网络的生存时间,使得网络有限的资源得到合理有效地利用。本文在Aqua-Sim仿真平台上对该算法的性能进行仿真,通过实验分别确定了节点静止和运动两种状态下最优的链路质量预测参数值以及节点质量因子参数值。在此基础上,将本文的路径选择算法与VBF、HHVBF协议和改进的RHHVBF协议进行比较,实验证明在节点静止和运动时,本文提出的路径选择算法在数据传输成功率和网络生存时间方面均有了显著提升。
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