一种高效覆盖的水下传感器网络部署策略

传感器节点的部署直接关系到水下传感器网络的成本和性能.考虑到传感器节点间具有很强的协同能力,该文提出一种基于检测融合的部署策略.采用Neyman-Pearson准则融合单元网格内所有传感器节点的检测信息,实现正方形和正三角形两种单元网格的高效覆盖,进而分别给出针对两种单元网格的监测区域网格划分方法,从而确定监测区域需要的传感器节点数量以及放置的具体位置.通过仿真实验验证了该部署策略的有效性.结果表明,与不采用检测融合时相比,降低了传感器节点冗余度.使用相同数量的传感器节点,新的部署策略能够在保证一定感知质量的基础之上获得更大的覆盖范围.     

水下传感器网络MAC协议分析与研究

随着对海洋研究与探索的日益深入,水下传感器网络技术在海洋通信、资源探测、环境监测等领域展现出了巨大的应用潜力.由于海洋介质的特点,水下传感器网络与陆地无线网络有很大的不同.MAC协议作为水下传感器网络的重要组成部分,对该技术的应用发展至关重要的作用.本文概述了MAC协议的设计准则和研究现状,根据MAC协议基于竞争和基于调度的分类进行了不同协议的介绍,并比较了各类协议在效率、吞吐量、功耗等方面的优劣,探讨了MAC协议设计的发展方向.     

水下传感器网络路由协议研究

现有水下传感器网络路由协议都属于地理路由协议,需要知道各个节点的水下三维位置信息,从而导致大量水下通信,难以有效延长网络生存时间。本文深入分析了现有研究的不足,提出一种基于深度信息与能量均衡的水下路由协议,只需要节点深度信息,节点间通信量极少;设计了协议的算法,并提出了空洞处理对策。     

一种基于网格划分的水下传感器网络多维优化部署策略

针对水下无线传感器网络节点的部署问题,提出一种基于网格划分的多维优化部署策略。首先,将所需探测水下环境划分成相同规格的网格;然后,综合考虑网络节点数量、网络覆盖率、网络冗余度、网络生存率等指标,构建多目标优化数学模型;最后,采用遗传算法对多维优化部署策略加以实现并进行仿真分析。结果显示：所提策略能够有效地减少部署节点数量,提高网络覆盖率和生存效率,降低网络能耗。     

水下传感器网络时间同步技术综述

 时间同步是传感器节点协同工作的基础.水下传感器网络由于采用水声通信方式,具有不同于陆地无线传感器网络的特点,为时间同步算法研究带来了新的挑战.论文首先说明同步问题与同步算法的形式化定义,然后讨论水下传感器网络不同于陆地传感器网络的特点,并指出相关特点对于同步问题的影响;接着综述陆地传感器网络同步算法的研究进展,分析相关算法用于水下环境的不足;进而介绍水下传感器网络同步算法的研究进展,并通过仿真实验完成了相关算法的性能对比;最后总结水下传感器网络时间同步的关键问题,指出进一步的研究方向.     

水下声传感器网络的同步与最优TDMA调度

水声信道的传输时延大、多径扩展严重、带宽受限等特点,极大地制约了水声通信系统的可靠性和有效性。实现水下传感器网络同步,并在同步的基础上设计调度协议是提高水下传感器网络性能的重要手段。在对水声网络同步机制深入研究的基础上,提出了一种基于时空特性的TDMA调度机制(ST-TDMA)。考虑传播时延抖动、同步误差和同步开销的影响,分析并求解了ST-TDMA的最优保护时间间隔。仿真结果表明,提出的ST-TDMA方案可以获得显著的网络吞吐量和端到端时延性能提升。     

网络分层的水下传感器网络覆盖保持路由算法

在以监测为目的的水下传感器网络中,较好的网络覆盖率和连通率是完成监测任务的重要保证.以改善覆盖效果为目标的水下覆盖保持路由算法NCPR算法相对比LEACH-Coverage-U算法有效的延长了网络覆盖时间,但是该算法连通性表现较差,同时存在靠近SINK节点的簇首由于需要转发大量数据而过早死亡的问题.本文提出一种分布式的网络不均匀分层的覆盖保持路由(Network Unevenly Layered Coverage Preserving Routing,NULCPR)算法,由SINK节点开始逐层向下建立网络,同时每层网络节点通信半径也随层号增加而逐渐增大.每层网络独立运行NCPR算法以使该层节点成簇,并通过簇首向上建立连通链路以保证网络连通.仿真结果表明,与NCPR算法相比,NULCPR算法提高了网络连通率以及覆盖率,并且降低了网络能耗,证明了该算法的有效性.     

CT-TDMA：水下传感器网络高效TDMA协议

针对水下无线传感器网络(UWSN,underwater sensor networks)提出以发送端为中心以连续时间为计量单位的冲突状态模型——局部冲突状态图及其分布式构建算法,并在此基础上设计了基于启发式规则的水下传感器网络TDMA协议(CT-TDMA,continuous time based TDMA)。CT-TDMA利用UWSN中同一接收节点与不同发送节点之间链路时延的差异性,减少在目的端的接收帧之间的空闲时间,从而提高网络流量;基于启发式规则的分配算法,能有效缩短连续时间轴上的时刻分配所花费的时间。模拟实验证明:CT-TDMA与以ST-MAC为代表的按时隙分配的TDMA方案相比,网络流量提高了20%,数据分组的端到端时延降低了18%;与由全局知识所计算出的最优分配策略相比,网络流量达到了80%,端到端时延仅延长了12%。     

基于局域网的水下传感器网络仿真测试

介绍了通过实验室局域网环境测试水下传感器节点物理层通信的仿真测试方法,水下传感器节点制作完成后需要大量的测试,进行水下测试需要足够大的水域,成本很高,很难大量进行,将传感器节点挂载到计算机,通过局域网来模拟仿真水下环境,可以提高测试效率,节省测试成本.     

UWSP：水下无线传感器网络节点休眠协议

休眠机制是传感器网络节点节约能量、延长工作寿命的重要手段之一。现存的水下传感器网络MAC协议主要考虑提高网络传输性能,对休眠机制的研究和涉及较少,并且仅有的一些休眠策略存在着因节点工作时间较为分散而导致的节点休眠-唤醒频繁的问题。节点频繁唤醒不仅会浪费额外的能量来启动电路,折损硬件寿命,还会增加数据传输冲突的概率。针对水声网络信道的独特性质,提出了一个基于树形拓扑结构的水下传感器网络节点休眠算法,该算法能够有效缩短节点唤醒次数,延长休眠时间,并保证端到端的传播延迟不受休眠时间的影响。该算法无冲突也无需预约信道,保证了较高的网络流量。最后,通过仿真实验验证了算法的可用性和效能。     

微型水声传感网水下传感器节点设计

针对在海洋环境监测系统中水声传感网高传输速率、高可靠性、长时间工作的要求,文中设计了一种低功耗的微型水下传感器节点。设计采用较高的能量转换率和接收灵敏度的换能器T235,并且在发送单元使用变压器进行阻抗匹配以使信号功率最大化传输。接收单元采用8阶巴特沃斯带通滤波器,可以更好地滤除噪声。软件上,移植并且优化了MAC协议,减少撞包和重发的概率。测试结果显示,在小规模范围内,传输速率在19 200 bit·s ^-1时,系统的总功耗低于20 W,能达到90%以上的通信传输成功率。     

水下无线传感器网络MAC协议分析

在水下无线传感器网络中,MAC (Medium Access Control)协议为相互竞争的用户之间公平地分配信道资源.介绍了水声通信的特点以及在此环境下设计MAC协议所面临的主要问题,归纳水下无线传感器网络MAC协议的设计原则和分类方法.通过分析当前典型的各类MAC协议的主要机制,详细比较这些协议的特点、性能差异和...     

The Cooperative-Communication Based Underwater Layered Routing Protocol for Underwater Wireless Sensor Network

Wireless Personal Communications - Millimeter-wave massive multiple-input multiple-output (MIMO) employs a lens antenna array for minimizing the radio frequency (RF) chains count, yet it remains as...     

3D Underwater Sensor Network Localization

We transform the 3D underwater sensor network (USN) localization problem into its 2D counterpart by employing sensor depth information and a simple projection technique. We first prove that a nondegenerative projection preserves network localizability. We then prove that given a network and a constant k, all of the geometric k-lateration localization methods are equivalent. Based on these results, we design a purely distributed bilateration localization scheme for 3D USNs termed as underwater sensor positioning (USP). Through extensive simulations, we show that USP has the following nice features: (1) improved localization capabilities over existing 3D methods, (2) low storage and computation requirements, (3) predictable and balanced communication overhead, and (4) robustness to errors from the underwater environment.     

面向6G的无人机通信综述

5G的成功商用为日常生活带来了实质性的变化,如自动驾驶、万物互联等,然而随之也产生了更大的数据量需求,进而催生了第6代移动通信.相较于5G,6G在带宽、时延、覆盖等性能方面均需要有更大的提升.因此,该文针对全域覆盖、场景智联、信息耦合的6G网络中无人机(UAVs)的应用场景进行了综述.首先,针对无人机在空天地海一体化网...     

基于射线声学的水下传感网络静默定位算法

水下传感网络静默定位方法是一种可服务于多用户的免时钟同步定位算法,待定位节点全程无需发声,具有隐蔽性强和方便扩展等优点.该文提出了一种结合声线跟踪技术的水下传感网络节点静默定位方法,将高斯-牛顿法引入到水下网络节点静默定位中,解决了已有方法存在定位盲区的问题.鉴于水中声速分布不均的情况,将声线跟踪技术融入迭代过程,用以...     

基于Parzen窗的水下无线传感器网络目标定位方法

水声通道复杂多变,使得水下无线传感器网络中节点出现失效的情况,影响了多节点的目标定位性能。为解决这一问题,该文提出一种基于Parzen窗的方位交线定位方法。该方法利用Parzen窗分析所有交点的分布特征,估计目标可能出现在某个位置的概率,将概率最大值对应的点作为目标的估计位置。由于概率分布是非线性、多峰值的,采用带有惯性权重的粒子群算法去求解。仿真实验结果表明,所提方法能够在节点失效的情况下获得较高的目标定位性能,具有较好的鲁棒性。     

一种视频传感器网络的栅栏覆盖方法

针对视频传感器网络的全视域覆盖要求,文中设计了一种视频传感器网络的栅栏覆盖方法。该方法选择尽可能少的视频传感器并确定传感器工作方向,实现全视域的视频栅栏覆盖。采用离散化处理方法,将给定区域划分网格单元,判断每个网格单元是否可能被全视域覆盖,并使用迪杰斯特拉算法找到全视域覆盖的最短路径,提出不冲突选择算法挑选不冲突的最小覆盖集合构成视频栅栏。实验结果表明,该方法应用于多工作方向视频传感器网络可以获得良好的性能。