水下传感器网络路由机制研究

论文摘要

近些年来随着无线通信和电子学的发展,水下传感器网络作为一种新型的网络已经逐渐成为研究和应用的热点。水下传感器网络具有资源受限、网络密度较大、节点容易失效、通信距离有限、传感器节点没有全局ID等特点。鉴于水下传感器网络的这些独特特点,传统无线网络的协议不能直接应用在水下传感器网络。由于水下传感器网络在硬件结构、应用领域等方面与传统网络的差异,决定了能量是水下传感器网络节点最重要的资源。为了尽量延长水下传感器网络的使用寿命,节能问题成为水下传感器网络研究中的一个关键和核心问题。本论文主要讨论如何进一步降低水下传感器网络路由机制的能耗问题。论文首先介绍了水下传感器网络的体系和结构特点,分析了水声信道的特殊性以及水下传感器网络协议设计中面临的新要求和挑战(如电源能量有限、通信能力有限、水声通信等);并指出水下无线通信方式导致在传感器网络中能量耗费上的缺陷。其次,在分析无线自组网中一些经典路由协议并总结其各自优缺点的基础上,结合水下传感器网络的特点,对DSR路由协议进行改进,提出一种改进的DDSR路由算法,该算法充分考虑到传感器节点能量特点,提高了能量使用的有效性。最后,利用OPNET仿真平台,针对水声信道环境实现了水下信道模型和DDSR协议模块,并对所提算法进行仿真研究,并且与经典的DSR协议进行对比。仿真结果表明:DDSR协议在路由建立和数据传输过程中考虑到整个无线传感器网络中节点的能耗分布情况,可以减少路由控制开销,降低网络能量消耗,延长网络的有效生存期,性能优于DSR算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 水下传感器网络
• 1.2.1 水下传感器网络通信协议栈
• 1.2.2 水下传感器网络水声信道特性分析
• 1.2.3 水下传感器网络体系结构
• 1.2.4 水下传感器网络面临的挑战
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 水下传感器网络路由协议设计问题
• 2.1 水下传感器网络路由协议功能和特点
• 2.2 水下传感器网络路由协议设计和优化的基本思想
• 2.3 路由协议分类
• 2.3.1 主动式路由协议
• 2.3.2 被动（反应式）路由协议
• 2.3.3 混合式路由协议
• 2.4 几种典型路由协议的评价与分析
• 2.4.1 反应式路由协议与主动式路由协议的比较
• 2.4.2 反应式路由协议比较
• 2.5 结论
• 第3章 DDSR—一种改进的水下传感器网络路由协议
• 3.1 DSR路由协议
• 3.1.1 DSR路由协议功能
• 3.1.2 DSR路由协议优缺点
• 3.2 改进的路由协议DDSR
• 3.2.1 DDSR路由协议对节点能量的考虑
• 3.2.2 DDSR路由协议对路由维护机制的改进
• 3.2.3 DDSR路由协议的具体实现
• 3.3 结论
• 第4章 基于OPNET的协议仿真
• 4.1 OPNET简介
• 4.1.1 OPNET仿真软件的应用特性
• 4.1.2 OPNET对无线链路的仿真
• 4.2 DDSR在OPNET上的实现
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.3.1 仿真参数设置
• 4.3.2 DDSR协议性能评估
• 4.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历