多移动汇聚节点的水下传感器网络路由协议研究

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为了适应海洋开发和监测的发展趋势,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术被广泛应用到水下环境中。水下探测的应用需要使用多个自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)来收集海域中探测节点的数据。然而水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)中水声信道具有能量有限、低传输率以及低带宽等特点,致使设计出高效可靠的UWSNs路由协议面临一系列挑战。此外,AUV的移动性和多重性也为UWSNs路由协议的设计带来了不稳定因素。  针对上述问题,本文提出多移动汇聚节点(Mobile-MultiSink,MMS)的水下网络路由协议。MMS水下路由协议是一种适用于水下移动立体环境的路由协议,包括网络分层和数据传输两个阶段。分层阶段包括分层建立和分层重构两个策略。分层建立策略中,每个汇聚节点采用能量损失模型进行节点筛选形成以其为中心的分层结构,每个源节点位于不同汇聚节点的网络分层结构中。由于汇聚节点具有移动性,水下传感器节点也会随着海流的运动而移动,随着时间的推移汇聚节点的分层结构变得不再可靠,因此分层重构策略中需要根据汇聚节点周围的网络变化情况重新建立其分层结构。传输阶段包括目标汇聚节点选择和转发节点选择两个策略。每个源节点通过目标汇聚节点选择策略选择一个汇聚节点作为数据传输的目标节点,再通过转发节点选择策略筛选出到达此目标汇聚节点的转发节点。通过上述过程,源节点选择一条高效的路径将数据发送至汇聚节点完成数据收集。  本文使用开源可扩展的NS-3网络仿真平台对MMS水下路由协议进行验证。实验表明,同现有水下路由协议相比,MMS水下路由协议在保证较好的数据送达率(Packet Delivery Rate,PDR)的同时提高了能量利用率和网络可靠性。
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