水下无线传感器网络

摘要： 随着移动自组织网络的发展以及为了更加便捷地监测和探索水下环境,水下无线传感器网络开始出现并逐渐受到研究人员的重视.水下无线传感器网络可广泛应用于海洋环境监测、资源开采、水下生物研究、海难搜救等诸多水下场景.与传统的无线传感器网络不同,通常,水下无线传感器网络中存在锚定节点和移动节点两种类型的节点,并且由于水声通信的不规则性和水下环境的复杂性,这些给水下无线传感器网络数据传输带来了很多挑战,如节点移动规律复杂、未来链接不确定等.因此,设计合理的水下无线传感器网络消息转发算法,将有助于提高水下数据的传输效率.针对水下无线传感器网络的网络结构特性,利用链接预测方法来预测未来链接情况,特别引入了时空共同邻居指标来分析节点间链接在时空双重维度上的关联.此外,还针对锚定节点通信范围大、计算能力强的特点,使其扮演边缘计算节点角色,来进一步改善链接预测结果.最后,依据链接预测结果为待转发消息选择合适的下一跳节点.仿真实验结果表明:在消息转发副本数限定的情况下,所提算法能够提高消息投递率,缩短消息转发时延.

摘要： 针对由于水下声速变化及障碍物干扰引起的定位误差较大的问题,本文提出了一种抛物模型定位算法.首先基于到达角度提出了适用于弯曲声线的抛物模型测距法.然后基于到达时间提出了非理想路径测距识别方法和理想路径测距修正方法.最后利用投影法结合最小二乘法完成定位.仿真实验表明,该算法在弯曲声线、路径识别、测距优化三个方面均能有效地降低误差.

摘要： 水下无线传感器网络在环境监测、海上勘探、灾害预防和军事行动等方面有许多潜在的应用。由于其中大多需要使用位置信息标记感测数据,这使得定位算法成为水下无线传感器网络设计的重要组成部分。因此,为了完成水下定位,近年来人们探索了许多方法,对有关水下无线传感器网络定位的研究进行总结,分析了目前的水下定位方法和现状。为了对水下定位技术进行深入研究,还对目前的水下定位技术进行分类阐述,讨论这些技术的应用场景,并比较了它们的优缺点,为水下定位的后续研究提供参考。

摘要： 从时变角度对基于到达角度(AoA)和到达时间差(TDoA)测距算法的水下无线传感器网络(UWSN)节点定位问题进行建模,提出了一种归零神经动力学模型来求解该定位问题并对所提模型进行了收敛性分析。通过对节点定位进行计算机仿真,验证了所提模型在精度和移动定位稳健性方面的有效性。此外,利用青海湖实验床在湖试过程中收集的位置坐标对节点进行定位,验证了所提模型对实际应用场景具有潜在的适用性。

摘要： 随着海洋资源的开发和信息化,水下无线传感器网络(UWSN)已在防灾、分布式战术监视、海底勘探、地震监测,环境监测等领域广泛应用。通信技术是水下无线传感器网络的基础和关键部分。但是,与陆地环境相比,海洋环境复杂多变,在这种环境下的通信非常困难。因此,对水下通信方法和网络技术进行了深入的讨论和回顾,例如水声通信、水下光通信、路由和媒体访问控制(MAC)协议以及水下多模态网络进行了回顾和分类。最后讨论了水下高可靠性通信技术的实现,并对未来发展趋势进行了展望。

摘要： 水下无线传感器网络作为无线传感器网络在水下的应用扩展,成为当今研究的热点.在水下通信中能量补给困难、能量均衡性差、网络生存周期短的问题依然没有得到解决.为了提高水下无线传感器网络数据交付率,延长网络生存期,设计一种适用于水下拓扑动态变化、能量均衡性高的路由协议极为重要.基于层级节能的路由(LEER)协议有效解决了路由空旷问题.优化后的LEER协议采用多sink的拓扑,从单跳延迟、剩余能量、节点密度以及水下节点发生移动层级随之更新的角度,提出基于NS3的水下LEER协议能量均衡优化策略.仿真结果表明,优化后的LEER协议在能量均衡性、数据交付率和适应动态拓扑等方面均优于LEER协议.

摘要： 为提高水下无线传感器网络覆盖率,同时解决因通信能量消耗不均衡而造成网络无法正常使用的问题,本文提出一种“年轮式”水下无线传感器网络节点深度自部署算法.采取年轮式构建网络的以Sink节点为根节点的非均匀全连通树结构;在计算节点下潜深度时,构建基于覆盖利用率和能量均衡的优化模型,实现针对基准节点的全局最优深度计算.仿真实验结果表明,本文部署方法形成的网络拓扑结构,不但在确保全连通的前提下提升了网络覆盖率,而且有效均衡不同区域网络能耗,提高了后期使用网络的可靠性,有效延长了网络寿命.

摘要： 为降低水下传感器网络的部署成本,文中对水下无线传感器节点数目和覆盖率进行优化,提出了针对不同网络拓扑模型的水下无线传感器节点部署优化模型.首先,分析不同网络模型对覆盖性能的影响;然后,利用遗传算法求解优化问题,分别以网络节点数目和覆盖率作为适应度函数求解.通过仿真实验验证了该算法的有效性,结果显示:该策略能够在单个传感器覆盖半径减少的情况下以更少的节点数目达到更高的覆盖率,从而降低水下传感器网络节点部署成本.

摘要： 针对水下无线传感器网络锚节点较少、迭代误差大导致的节点定位精度低的问题,提出一种基于改进加权最小二乘支持向量机的水下三维节点定位算法;该算法将水下三维空间分为若干立方体,以锚节点与网格交点的距离向量作为训练集进行训练;并利用改进的多类别模式识别方法进行分类,以未知节点到锚节点的距离向量作为测试集确定节点坐标;通过引入加权的思想和多类别模式识别方法增大机器学习算法的鲁棒性、降低分类次数,从而实现水下三维节点预测定位;仿真结果表明,该算法在锚节点较少、网络区域较大的水下仍能保持较高的定位精度与较好的鲁棒性.

摘要： 本文首先对水下无线传感器网络与陆地无线传感器网络的区别进行了调查;其次,分析了水下无线传感器网络的拓扑架构以及网络分层;最后,对目前存在的水下无线传感器网络路由算法进行了研究,总结出不同种类路由算法存在的问题,基于位置的路由算法存在精确定位的问题,位置独立的路由算法难以兼顾网络各方面的性能,簇结构的路由算法无法解决传感器节点能耗不均的问题,基于智能水下机器人的路由算法中网络搭建的经济成本高.本文的研究可以为以后设计专门的适用于水下无线传感器网络的路由算法提供参考.

摘要： 对我国海洋监测的现状与不足进行了概述，介绍了国内外水下传感器网络的应用现状，设计了基于水下无线传感器网络的海洋监测系统，重点讨论了平台的沉浮方法和系统采用的通信方式，提出了延长网络生存时间的三种有效措施。

摘要： 在无线传感器网络的应用中,节点的位置信息是比较重要的.通常情况下,基于距离测量的定位算法得到的节点位置精度要比基于非距离测量的定位算法的精度要高,因此,传感器节点之间的距离测量是比较重要的基本要求.本文提出了一种可应用于水下无线传感器网络(UWSN)的基于TDMA协议的分布式网络测距算法,与点对点测距方式相比,本文所提方法可以使得整个网络节点测距总的时间消耗和能量消耗更少.通过仿真实验验证了该算法是有效的、确实可行的.

摘要： 水下无线传感器网络可用于诸如科学探索,污染监控,军事入侵监测等一系列水下应用。但是由于水下环境特殊,网络带宽低,传播时延大,错误率高,陆上无线传感器网络的方法可能并不适用。本文先指出了水下环境的特殊性以及挑战性,然后介绍了水下无线传感器网络的几种架构,最后以自底向上的方式对水下网络的协议栈进行了逐层的分析。

摘要： 低成本、高性能的水下传感节点对于密集型水下无线传感器网络的研究具有重要意义。而低成本的水声通讯模块则是水下传感节点的重要组成部分。本文提出了一种利用窗口掩码实现QPSK解调的方法，并设计了一种基于FPGA的QPSK调制解调水声通讯模块。水声通讯模块采用了基于ALTERA公司的QUARTUS II开发系统，并在Cyclone II系列芯片上实现。仿真及实验表明所提设计解调方法是可行的，开发的通讯模块可完成信号的调制和解调。

摘要： DBR(Depth-Based Routing)协议是水下传感网一类主流的路由协议.DBR协议把数据包从水底传到水面漂浮的基站,这种传播方法会造成负载在网络中的不均衡分配.目前的MAC协议保证网络中所有节点的公平性,在负载不均衡的网络中,无法保证网络中关键节点的优势地位,从而容易造成网络拥塞,降低系统的时间和功耗效率.本文提出一种路由增强深度优先MAC协议,它利用DBR协议数据传输的特点,保证网络中关键节点的服务质量,从而提高系统时间和功耗效率.

摘要： DBR(Depth-Based Routing)协议是水下传感网一类主流的路由协议.DBR协议把数据包从水底传到水面漂浮的基站,这种传播方法会造成负载在网络中的不均衡分配.目前的MAC协议保证网络中所有节点的公平性,在负载不均衡的网络中,无法保证网络中关键节点的优势地位,从而容易造成网络拥塞,降低系统的时间和功耗效率.本文提出一种路由增强深度优先MAC协议,它利用DBR协议数据传输的特点,保证网络中关键节点的服务质量,从而提高系统时间和功耗效率.

摘要： DBR(Depth-Based Routing)协议是水下传感网一类主流的路由协议.DBR协议把数据包从水底传到水面漂浮的基站,这种传播方法会造成负载在网络中的不均衡分配.目前的MAC协议保证网络中所有节点的公平性,在负载不均衡的网络中,无法保证网络中关键节点的优势地位,从而容易造成网络拥塞,降低系统的时间和功耗效率.本文提出一种路由增强深度优先MAC协议,它利用DBR协议数据传输的特点,保证网络中关键节点的服务质量,从而提高系统时间和功耗效率.

摘要： DBR(Depth-Based Routing)协议是水下传感网一类主流的路由协议.DBR协议把数据包从水底传到水面漂浮的基站,这种传播方法会造成负载在网络中的不均衡分配.目前的MAC协议保证网络中所有节点的公平性,在负载不均衡的网络中,无法保证网络中关键节点的优势地位,从而容易造成网络拥塞,降低系统的时间和功耗效率.本文提出一种路由增强深度优先MAC协议,它利用DBR协议数据传输的特点,保证网络中关键节点的服务质量,从而提高系统时间和功耗效率.

摘要： 本发明属于水下传感器网络领域，提供了一种水下传感器网络路由数据传输方法及水下传感器网络。其中，水下传感器网络路由数据传输方法包括获取水下传感器网络拓扑结构相关数据，查询水下传感器网络中的当前节点的所有邻居节点；将每个邻居节点的传输距离、传输角度、剩余能量和累积奖赏作为模糊器的输入，根据模糊规则库推理，去模糊化得到每个邻居节点的Q值，选择Q值最大的邻居节点作为转发节点，同时按照预设学习效率以及最大Q值来更新当前节点的累积奖赏；水下传感器网络中所有节点的累积奖赏初始值均为0。

摘要： 本发明提供一种用于无线传感器网络的网络节点。网络节点配置用于确定网络节点在由网络节点所延伸出的不同空间方向上的通信行为。网络节点包括至少一个视觉指示器，视觉指示器配置用于提供这种通信行为的视觉指示。本发明还提供一种包括这种网络节点的无线传感器网络以及用于在无线传感器网络中定位网络节点的方法。

摘要： 本发明属于无线传感器网络通信技术领域，公开了一种无线传感器分簇路由的方法、无线传感器网络协议平台，对传感器网络中的所有传感器节点进行分簇；针对每一个划分好的簇结构，选出一个节点充当簇首；所有传感器节点采集监测的数据，簇成员节点在分配给自己的时隙内把数据发送给簇首，等簇内所有成员节点发送一轮数据之后，簇首把自身采集到的数据和接收到的簇内成员的数据进行融合；一轮数据发送过后，重新对网络中的节点进行分簇。本发明可以使网络中的所有节点根据分簇的拓扑结构和节点的各种指标自适应地构建路由，可有效地提升传感器网络的网络生存周期。

摘要： 本发明属于水下传感器网络领域，提供了一种水下传感器网络路由数据传输方法及水下传感器网络。其中，水下传感器网络路由数据传输方法包括获取水下传感器网络拓扑结构相关数据，查询水下传感器网络中的当前节点的所有邻居节点；将每个邻居节点的传输距离、传输角度、剩余能量和累积奖赏作为模糊器的输入，根据模糊规则库推理，去模糊化得到每个邻居节点的Q值，选择Q值最大的邻居节点作为转发节点，同时按照预设学习效率以及最大Q值来更新当前节点的累积奖赏；水下传感器网络中所有节点的累积奖赏初始值均为0。

摘要： 本发明提供一种用于无线传感器网络的网络节点。网络节点配置用于确定网络节点在由网络节点所延伸出的不同空间方向上的通信行为。网络节点包括至少一个视觉指示器，视觉指示器配置用于提供这种通信行为的视觉指示。本发明还提供一种包括这种网络节点的无线传感器网络以及用于在无线传感器网络中定位网络节点的方法。

摘要： 在多个传感器和统一管理这些传感器的服务器通过通信网络连接的传感器网络系统中，管理各传感器的服务器首先获取各传感器中的电池的剩余驱动时间，并使得目标剩余驱动时间。然后，控制各传感器的动作，使得各传感器中的电池的剩余驱动时间与目标剩余驱动时间大致相等。由此，可以减轻系统管理者的维护上的负担，特别是传感器的电池充电处理的负担。

摘要： 本发明公开了一种基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法。该方法首先根据运动目标的初始位置估计和方差估计选择离初始位置估计距离最近的节点作为处理节点，再以该节点为圆心，标准差估计的三倍距离为半径选择观测节点，当观测节点位置与目标位置距离小于传感器的观测范围时传送观测数据给处理节点，处理节点根据观测值运用卡尔曼滤波估计目标位置估计值和方差估计值。再根据目标位置估计值选择距离最近的传感器节点作为下一时刻的处理节点，上一时刻的处理节点的位置估计值和方差估计值传送给当前处理节点，直到运动目标超出了水下传感器网络的跟踪范围。本发明有效降低了水下无线传感器网络目标跟踪的能耗和通信负载。

摘要： 一种基于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法。其包括设定水下定位系统；建立三维坐标系；自主水下航行器从各个位置向待测节点发送信息；待测节点对自身坐标进行计算等步骤。本发明提供的基于水下自主航行器的水下无线传感器网络定位方法是将TDOA定位方法和水下自主航行器结合起来，通过水下自主航行器能够在水域中自由移动的特性，利用水下自主航行器在不同位置对待测节点进行基于信号到达时间差(TDOA)的距离测算，由此得出待测节点的坐标，不需要节点进行时钟同步。本方法能够显著提升定位精度，同时由于使用了水下自主航行器，因此在水下的定位覆盖范围也显著扩大，耗能也相对减少。

摘要： 本发明公开了一种基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法。该方法首先根据运动目标的初始位置估计和方差估计选择离初始位置估计距离最近的节点作为处理节点，再以该节点为圆心，标准差估计的三倍距离为半径选择观测节点，当观测节点位置与目标位置距离小于传感器的观测范围时传送观测数据给处理节点，处理节点根据观测值运用卡尔曼滤波估计目标位置估计值和方差估计值。再根据目标位置估计值选择距离最近的传感器节点作为下一时刻的处理节点，上一时刻的处理节点的位置估计值和方差估计值传送给当前处理节点，直到运动目标超出了水下传感器网络的跟踪范围。本发明有效降低了水下无线传感器网络目标跟踪的能耗和通信负载。

摘要： 一种基于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法。其包括设定水下定位系统；建立三维坐标系；自主水下航行器从各个位置向待测节点发送信息；待测节点对自身坐标进行计算等步骤。本发明提供的基于水下自主航行器的水下无线传感器网络定位方法是将TDOA定位方法和水下自主航行器结合起来，通过水下自主航行器能够在水域中自由移动的特性，利用水下自主航行器在不同位置对待测节点进行基于信号到达时间差(TDOA)的距离测算，由此得出待测节点的坐标，不需要节点进行时钟同步。本方法能够显著提升定位精度，同时由于使用了水下自主航行器，因此在水下的定位覆盖范围也显著扩大，耗能也相对减少。