水声传感器网络

摘要： 水声传感器网络(UASNs)节点由于洋流等因素长时间作用会出现位置偏移,故需要修正其位置信息。在水声传感器网络节点定位中将自主式水下潜器(AUV)作为移动锚点辅助定位可有效降低定位成本,但在AUV辅助定位过程中AUV的能量利用率仍有待提升。为了进一步提高AUV的能量利用率,该文提出一种面向水声传感网的AUV辅助定位动态路径规划方法。该方法中将节点位置修正过程看成节点位置信息熵减少的过程。在AUV动态路径规划时根据定位过程的节点位置信息和预计AUV能耗,规划AUV下一步移动目标位置。使用贪婪算法选取使信息增益期望和移动消耗能量比值最大的位置作为AUV下一步移动目标位置。仿真结果表明,该算法能够在保证节点定位精度的基础上有效提高AUV能量利用率。

摘要： 针对水声传感器网络因节点运动造成网络稳定性下降的问题,利用节点数据发射功率的变化过程,基于隐马尔科夫模型建立邻节点位置稳定性评估模型,使用Baum-Welch算法和Viterbi算法对模型进行求解,在数据转发时选择位置稳定的邻节点,提高分组投递率。仿真实验证明,基于隐马尔可夫模型改进的路由协议能够有效降低因节点运动导致的分组投递率下降问题,提高网络数据转发的性能。

摘要： 珊瑚礁是极具研究价值的海洋生态系统,水声传感器网络(underwater acoustic sensor networks,UASNs)是监测与保护珊瑚礁系统的有效手段。然而,随着水下传感设备的大规模应用,感知数据的类型及数量大幅增加,传统UASNs架构将原始数据直接上传至水面数据中心的集中处理方式给网络能耗和通信效率带来严峻挑战。本文构建了一种基于边缘计算的水下端边云系统架构,并提出一种适用于该架构的两级协同珊瑚礁系统监测机制。该架构将复杂处理任务从远程云中心分散至边缘端,减轻了云端处理负荷。该机制由两级监测环节组成,同时包含了端侧图像处理和端边协同数据检测策略,实现了机器学习任务的边缘侧执行和数据的原位处理。实验结果表明,本文研究能够明显减少网络数据流量,有效降低网络能耗及传输时延,显著延长网络生命周期。

摘要： 针对水声半双工传感器网络中能够实现广域通信的网格网络节点不满足单碰撞域的假设,导致网络吞吐量的下降问题.利用大传播时延的TDMA水声MAC协议原理出发,以Super-TDMA协议作为框架进行建模,而该协议都是对固定碰撞域的假设下研究网格拓扑的时隙调度.对此在可变碰撞域的条件下,理论推导水声网格传感器网络在可变碰撞域的假设下时隙调度的吞吐量上限.并使用启发搜索算法设计了达到吞吐量上限的时隙调度矩阵.该算法是根据节点传输的约束条件得出各节点无干扰传输的时隙调度矩阵.通过仿真结果表明,在一定理想约束条件下,设计的时隙调度矩阵可以达到理论吞吐量上限.

摘要： 针对水声传感器网络中移动定位算法的误差和鲁棒性问题,提出两种蒙特卡罗移动定位算法:CRMCL(Circular Ring Monte Carlo Localization)和PRMCL(Particle Swarm Optimization for Circular Ring Monte Carlo Localiza-tion).CRMCL利用1跳锚节点构建圆形采样区域和圆环过滤器.通过定义样本密度得到合理的样本数,论证圆环参数与过滤区域面积的关系.通过仿真实验得到合理的圆环参数,并以此构建高效的过滤器,降低定位误差.PRMCL使用粒子群算法优化CRMCL过滤后的样本,降低了无效样本的数目,增强了算法的鲁棒性.仿真表明,在不需要额外硬件的情况下,CRMCL和PRMCL比蒙特卡罗及其改进算法误差小、鲁棒性强.

摘要： 利用水下自主潜航器(AUV)定位是水下大区域静止目标定位主要方法之一.针对单AUV定位存在的定位周期长,定位覆盖区域低,长时间定位误差累积大的缺陷,该文提出一种基于正交运动的双AUV的静止目标定位方法.每个AUV通过自身携带的惯性导航系统(INS)和多普勒计程仪进行自身定位,并在多次运动过程中通过与静止目标间的通信时延差测量进行定位.该方法需要2个相对航向角呈90°的正交移动AUV通过最少2次与静止目标间通信完成次定位.相比于传统的单移动传感器定位方法,该算法需要的定位周期更短,对同步要求更低.实验结果表明,该方法定位精度有显著提高,同时有效定位区域增大,在长时间定位过程中对AUV位置误差影响更低.

摘要： 由于UASNs部署环境的差异无法适应路基传感网络的一些理论方法,因此提出了融合深度学习的智能路由算法.首先分析UASNs的信道与噪声衰减,以及能耗模型,模型构建过程中充分考虑了影响数据传输能耗的多种因素.然后针对立体网络拓扑,从均衡性角度设计了能量阈值计算方法,并依据能耗与阈值完成簇头选择.最后融合深度网络与AE学习算法,利用多隐层提高特征提取的精确度,各节点将特征结果通过簇头汇总后,根据汇聚中心下发的参数更新路由.基于Matlab搭建UASNs仿真环境,分别对算法的簇头选择、网络寿命和适应性进行了对比验证,结果表明所提路由算法在簇头分布上更加合理,能够降低簇头数据传输能耗,保证网络的均衡性,并且对于网络节点移动具有极强的适应性.

摘要： 针对水声传感器网络因节点运动造成网络稳定性下降的问题,基于北部湾海域环境信息,利用改进的Aqua-Sim水声信道仿真平台,进行水声传感器网络动态拓扑仿真,通过数据分析验证节点的运动会导致网络稳定性下降,节点运动速度越快,网络的稳定性越差.

摘要： 针对水声传感器网络能耗高和数据传输质量低的问题,基于路径增强介质访问控制(Routing enhanced-MAC,R-MAC)协议,提出一种根据节点位置信息进行功率控制的路由增强介质访问控制(PC-RMAC)协议.根据接收功率阈值、 传感器节点换能器的发射和接收天线增益、 系统损耗因子、 声波频率及节点间实际距离,计算出最优发送功率并进行动态调整,从而减少节点发送数据产生的能量消耗,进而提高网络能量利用率,延长网络的生命周期.仿真结果表明,网络中节点间距离在700 m范围内,PC-RMAC协议的数据包传递率比R-MAC协议高1％左右,平均能耗略低,平均延时低30％左右;而节点间距离在700～900 m范围内,PC-RMAC协议在数据包传递率、 平均能耗和平均延时方面的优势明显增加,从而验证了理论分析的正确性.

摘要： 针对水声传感器网络低带宽、高延迟特性造成的空时不确定性以及网络状态不能充分观察的问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)的水声传感器网络介质访问控制协议.该协议首先将每个传感器节点的链路质量和剩余能量划分为多个离散等级来表达节点的状态信息.此后,接收节点通过信道状态观测和接入动作的历史信息对信道的占用概率进行预测,从而得出发送节点的信道最优调度策略;发送节点按照该策略中的调度序列在各自所分配的时隙内依次与接收节点进行通信,传输数据包.通信完成后,相关节点根据网络转移概率的统计量估计下一个时隙的状态.仿真实验表明,与传统的水声传感器网络介质访问控制协议相比,基于POMDP的介质访问控制协议可以提高数据包传输成功率和网络吞吐量,并且降低网络的能量消耗.

摘要： 由于采用多信道水声通信技术的水声传感器网络可以更加灵活的对信道资源进行分配,因此在多信道水声传感器网络中设计高效的资源指派算法具有重要的意义.本文基于簇结构的多信道水声通信网络,设计了一种基于改进人工蚁群(Ant Colony Optimization,ACO)算法的多信道水声传感器网络资源指派算法.在数据传输过程中,该算法可以对信道资源进行动态分配,在数据通信时长固定的前提下能够显著降低节点传输需求指派的失败率.

摘要： 根据水声信道的传播特性和簇结构水声传感器网络的结构特征,结合接收信号的信干噪比定义了分簇网络中节点成功传输概率和网络吞吐量密度等性能指标,阐述了上述各参数之间的内在联系,建立了基于多信道的簇结构水声传感器网络容量分析模型.通过计算机仿真分析了干扰受限网络中在随机选择信道及按节点ID号划分信道两种信道分配方式下的网络容量性能.仿真结果表明在给定网络监测范围条件下,存在某个最优的节点密度使网络的容量得到最大值.此外,还分析了网络的工作频段、节点发射功率以及簇结构覆盖区域大小对网络容量性能的影响,并通过仿真验证了理论分析的有效性,为簇结构水声传感器网络的应用设计提供一定的参考依据.

摘要： 本文针对一类负载较低、节点分布简单的水声传感器网络提出一种水声网络初始化方案,该方案通过主节点对各节点进行测距获取网络拓扑及建立基于距离信息的网络路由,从而实现自组织方式的网络初始化,并在物理层采用扩频通信以提高测距手段.本文介绍了针对典型应用背景中较简单节点分布及较低数据负载的一种水声传感器网络的初始化技术方案，并给出了验证网络的湖试实验结果分析,表明了本文初始化方案的有效性.

摘要： 水声传感器网络的媒体接入控制(MAC)协议是网络性能的关键技术之一。由于水下环境的独有特点，已有的陆上无线传感器网络的MAC协议不能直接使用。本文对MACAW协议进行适应性改进后应用到水下环境，然后对协议的能量效率进行了理论分析。该协议在传感器网络节点上得到实现，并且进行了湖上测试。结果表明，这一协议能够有效控制共享信道的访问，并且具备一定的差错控制能力，具有实用价值。

摘要： 为有效减轻水声传感器网络实验平台监控主机的工作负担,提高实验平台的通信效率,提出在实验平台系统管理层和水下传感器节点层之间加入通信前置机的方案.通信前置机对上传数据和下传命令进行缓冲及预处理.提出了通信前置机的系统结构,讨论了软件设计及实现中的关键技术.

摘要： 水声传感器网络是由一些被部署在水下特定区域的传感器节点和水下航行器组成的，它主要应用在海洋学数据收集、污染监测、海洋探测、灾害预防、海洋导航和海洋军事活动的监测等方面。水声通信网络是水声传感器网络通信的物质基础。和传感器网络相比。水声传感器网络在传感器节点、信号传输特性和组网方式等方面具有很大的不同。在分析了和水声传感器网络、陆上无线自组网和陆上无线传感器网络特点的基础上，本文指出了水声传感器网络需要专门为它设计的路由协议，提出了水声传感器网络协议研究的发展方向。

摘要： 带移动节点(AUV、UUV)的水声网络可通过移动节点动态获取网络中固定节点获取的信息,在海洋环境监测、信息中继等领域具有广泛应用.但移动节点、固定节点不同特性使得传统的多址协议下这类网络的负载变得不平衡,严重影响网络性能.本文根据水声传感器网络中固定节点、移动节点的不同特点和水声信道的特性,分析在分布式网络拓扑状态下移动节点对MACA协议性能的影响,并提出了一种负载平衡解决方案,通过改进退避机制抑制移动节点产生的网络负载不平衡.并通过网络仿真结果验证了本文方案的有效性.

摘要： 本文主要研究了一种基于竞争的MAC协议-MACAW协议，进行适应性改进后应用到水下环境。然后对协议的能量效率进行了理论分析。该协议在传感器网络节点上得到实现，并且进行了湖上测试。结果表明，这一协议能够有效控制多个节点访问共享信道、传输数据，并且具备一定的差错控制能力。

摘要： 简要介绍了水声通信技术的概念及其关键技术，针对水声通信在军事上的应用，论述了对潜通信、水下全球定位系统和海底水声传感器网络，最后展望了未来水声通信技术的应用．

摘要： 本发明涉及一种用于验证传感器网络中的传感器的方法。该传感器网络由不同的传感器、例如由校准的传感器(MS)、移动传感器(MOS)以及位置固定的要验证或者已经经过验证的传感器(SEN)构成。根据本发明，为了进行验证，使用已经经过验证的传感器作为参考传感器。特别是，其在此可以是校准的传感器(MS)。可以将测量偏差位于特定公差范围内的其它传感器(SEN)纳入传感器网络中，如借助传感器(SEN)上的对勾相应地示出的。然而，在偏差太大的情况下，也可以拒绝传感器(通过叉号示出)。根据本发明，可以有利地将不同提供商和网络的传感器彼此耦合，由此可以使用多个可用的传感器，例如用于空气污染控制的管理系统。

摘要： 在经由网络对设置在外部的信息处理装置以预定的发送间隔发送通过测量获得的数据的传感器模块中，与周围传感器模块一起，设定预定模块组，其中该预定模块组将用于进行与所述信息处理装置中的数据处理对应的测量数据发送的多个传感器模块归拢在一起。然后，与周围传感器模块一起，从预定模块组中设定发送间隔维持在预定的发送间隔的基准传感器模块，并且将基准传感器模块以外的传感器模块的测量数据的发送间隔变更为比预定的发送间隔长的延长发送间隔。由此，在测量温度或湿度等环境参数并且将该测量到的数据发送至信息处理装置的传感器模块中，使功耗尽可能地降低。

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： 传感器网络系统（1000）包括多个传感器节点（1100、...），该传感器网络系统以下面这样的方式确定所述多个传感器节点中的每一个的父节点，即，形成具有将所述多个传感器节点中的相应传感器节点用作其节点的树结构的网络拓扑。此外，该传感器网络系统以下面这样的方式形成网络拓扑，即，对于所述多个传感器节点中的每一个，使该传感器节点的子节点的数目接近于通过使作为单个分组能够包含的传感器数据的最大数的最大包含数与自然数相乘所获得的值（1200）。

摘要： 本发明涉及一种用于验证传感器网络中的传感器的方法。该传感器网络由不同的传感器、例如由校准的传感器(MS)、移动传感器(MOS)以及位置固定的要验证或者已经经过验证的传感器(SEN)构成。根据本发明，为了进行验证，使用已经经过验证的传感器作为参考传感器。特别是，其在此可以是校准的传感器(MS)。可以将测量偏差位于特定公差范围内的其它传感器(SEN)纳入传感器网络中，如借助传感器(SEN)上的对勾相应地示出的。然而，在偏差太大的情况下，也可以拒绝传感器(通过叉号示出)。根据本发明，可以有利地将不同提供商和网络的传感器彼此耦合，由此可以使用多个可用的传感器，例如用于空气污染控制的管理系统。

摘要： 在经由网络对设置在外部的信息处理装置以预定的发送间隔发送通过测量获得的数据的传感器模块中，与周围传感器模块一起，设定预定模块组，其中该预定模块组将用于进行与所述信息处理装置中的数据处理对应的测量数据发送的多个传感器模块归拢在一起。然后，与周围传感器模块一起，从预定模块组中设定发送间隔维持在预定的发送间隔的基准传感器模块，并且将基准传感器模块以外的传感器模块的测量数据的发送间隔变更为比预定的发送间隔长的延长发送间隔。由此，在测量温度或湿度等环境参数并且将该测量到的数据发送至信息处理装置的传感器模块中，使功耗尽可能地降低。

摘要： 用于传感器网络的传感器的该操作系统(101)配置为除了包括用于虚拟化传感器的硬件资源的多个通用系统功能，尤其是无线电通信功能(112)和路由功能(114)，还包括多个应用功能(122)，每个功能由软件角色(124、126)限定，每个软件角色由有限状态自动机组成，以预定的调度顺序来限定各个角色的执行，该预定的调度顺序确定在执行周期期间每个角色的调用时间顺序。

摘要： 本发明涉及一种基于复杂网络理论的水声传感器网络信任模型更新方法，其步骤包括：首先，通过定义水下感知节点之间的连接概率，反映水下环境对节点通信的影响；其次，复杂网络理论，定义关键节点，提升网络应对不同攻击的能力；最后基于强化学习中的Q‑learning算法，设计信任模型更新方法。本发明解决了现有水声传感器网络中信任模型无法根据水下环境或攻击者手段变化自适应做出更新的问题，提高了水声传感器网络信任模型的实际应用价值。

摘要： 本发明涉及一种基于复杂网络理论的水声传感器网络信任模型更新方法，其步骤包括：首先，通过定义水下感知节点之间的连接概率，反映水下环境对节点通信的影响；其次，复杂网络理论，定义关键节点，提升网络应对不同攻击的能力；最后基于强化学习中的Q‑learning算法，设计信任模型更新方法。本发明解决了现有水声传感器网络中信任模型无法根据水下环境或攻击者手段变化自适应做出更新的问题，提高了水声传感器网络信任模型的实际应用价值。

摘要： 本发明提供一种降低网络剩余能量的水声传感器网络路由协议，包括：路由建立阶段模式：在已有网络拓扑结构的基础上，根据每一节点的剩余能量、链路能量消耗代价、转发能量消耗代价和最优路由能量消耗代价，并结合节点到主节点的跳数分布式动态确定各个节点的最优转发节点。信息传输阶段模式：节点采集到信息后，将信息转发给自己的最优转发节点，持续进行上述过程，直到信息达到主节点。路由信息维护阶段模式。路由建立阶段模式、信息传输阶段模式以及路由信息维护阶段模式交叉共存运行，分别实现路由信息建立、维护修复和信息传输。该路由协议均衡同步各节点能量消耗，降低因能耗不均衡导致部分节点过早失效而引发的剩余能量浪费问题。