三維水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能耗均衡的拓?fù)淇刂萍皟?yōu)化算法研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著世界各國(guó)對(duì)海洋權(quán)益日益重視以及對(duì)海洋資源的不斷開發(fā)利用，作為認(rèn)識(shí)和了解海洋的便利工具，水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅面臨著節(jié)點(diǎn)能量有限、通信能力有限、計(jì)算/存儲(chǔ)能力有限等問(wèn)題;還存在由海水腐蝕造成的節(jié)點(diǎn)易失效問(wèn)題，由水流作用造成的節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)問(wèn)題，以及水聲通信的高延時(shí)、高誤碼率、多徑效應(yīng)等問(wèn)題。本文以降低和均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命為出發(fā)點(diǎn)，利用拓?fù)淇刂萍夹g(shù)分別研究了小型三維水下無(wú)線

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)和大型三維水下無(wú)線傳感器分層網(wǎng)絡(luò)中的能耗不均問(wèn)題，在延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的同時(shí)，根據(jù)水下實(shí)際環(huán)境優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的其它性能。文章的具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)針對(duì)小型三維水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗不均、通信質(zhì)量差和節(jié)點(diǎn)易失效問(wèn)題，本文提出了一種基于最優(yōu)剛性圖的拓?fù)淇刂扑惴?。首先，考慮到節(jié)點(diǎn)能耗不均問(wèn)題以及水聲通信方式高誤碼率問(wèn)題，結(jié)合節(jié)點(diǎn)傳輸負(fù)載特征和節(jié)點(diǎn)剩余能量設(shè)計(jì)了一種均衡負(fù)載權(quán)值函數(shù)和以通信距離為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一種鏈路質(zhì)量權(quán)值函數(shù);然后

3、，考慮到水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)易失效問(wèn)題，結(jié)合最優(yōu)剛性圖的特點(diǎn)，將上述兩個(gè)權(quán)值函數(shù)相結(jié)合作為節(jié)點(diǎn)間鏈路權(quán)值，構(gòu)建3-連通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)魯棒性;最后，周期性重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，保證網(wǎng)絡(luò)連通性。同時(shí)論文在理論上證明了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效約束網(wǎng)絡(luò)平均節(jié)點(diǎn)度，并且不產(chǎn)生關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本算法可有效提升網(wǎng)絡(luò)壽命、鏈路質(zhì)量等性能。
　　(2)針對(duì)大型三維水下無(wú)線傳感器分層網(wǎng)絡(luò)中簇首節(jié)點(diǎn)能耗不均問(wèn)題以及水聲通信的高時(shí)延問(wèn)題

4、，本文提出了一種基于等級(jí)劃分的非均勻分簇算法?？紤]到相近水深的簇首節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)成員數(shù)量差別較大問(wèn)題，本文分析節(jié)點(diǎn)密度和節(jié)點(diǎn)位置對(duì)簇首節(jié)點(diǎn)能耗的影響，優(yōu)化選簇過(guò)程;考慮到相近水深的簇首節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)其他簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)量差別較大問(wèn)題，提出一種新型的簇首節(jié)點(diǎn)等級(jí)劃分方法，劃分簇首等級(jí)，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)入簇過(guò)程;并在路由選擇過(guò)程中，建立綜合考慮傳輸能耗和通信時(shí)延的簇間路由，在優(yōu)化均衡網(wǎng)絡(luò)能耗的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。最后通過(guò)仿真對(duì)比，驗(yàn)證了本算法可有效均衡網(wǎng)絡(luò)能耗