水下无线传感器网络路由与定位算法研究.pdf

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1、分类号TP393密级公开UDC学号20150613001青海师范大学硕士学位论文水下无线传感器网络路由与定位算法研究研究生姓名侯森林导师姓名（职称）杜秀娟，教授申请学位类别理学硕士学科专业名称计算机应用技术研究方向名称无线网络论文提交日期2018年3月论文答辩日期2018年5月学位授予单位青海师范大学学位授予日期2018年6月答辩委员会主席评阅人，青海师范大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青海师范大学或其它教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：青海师范大学学位论文使用授权声明青海师范大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权由青海师范大学研究生部办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要随着海上丝绸之路的兴起，国家对海洋的探索和关注日趋增多，水下传感器网络(UnderwaterSens

3、orNetwork,UWSN)得到了越来越多人的关注。作为无线传感器网络（WirelessSensorNetworks,WSN）在水下的延伸，UWSN在海洋农业、海矿产勘探、可燃冰能源开发等方面具有广泛的应用前景，UWSN已经成为该领域研究热点。但水下环境复杂多变，水声信道具有高时空变、低带宽、高传播延时的特点，这导致无线传感器网络(WSN)中成熟解决方案无法直接应用于水下。本文首先对水下无线传感器网络的路由和定位协议进行了研究。分析了水下无线传感器网络路由和定位的现状，重点研究了基于地理位置信息的、基于向量转发和基于节点间相对距离的路由协议；之后研究了基于智能浮标的定位协议、基于投影映射原理

4、的和基于预测的定位算法。其次在分析水下定位算法优缺点的基础上，即水下传感器网络(UWSN)采用声波通信，具有高能耗、长传播延时和节点位置移动等特征，针对传统的算法覆盖率小、水下节点计算量大、定位精度低的不足等特征,本文在RTOF（Round-tripTimeofFlight）测距方法基础上，对节点采用集中和分布式混合定位方法，进一步使用k-means聚类算法对节点位置集合进行拟合优化。最后为了应对水下传感器网络中节点能量有限,节点因消耗能量不平衡过早死亡从而导致网络空洞进而导致网络生存时间降低的问题，要求路由协议满足适应性、鲁棒性、高能效和能量均衡等要求。本文对RPL（RoutingProto

5、colforLLN）协议进行相应改进，综合考虑ETX（ExpectedTransmissionCount），能量、深度和最近发送时间作为路由选择依据，并使用多路径传输和改进路由修复的方式等。通过NS2仿真测试，针对水下特定环境,改进的RPL协议在缩短端到端的延时，降低了能量消耗，提高了数据的成功交付率的同时，能较好地平衡节点的负载，延长网络生命周期。关键词：水下无线传感器网络,路由协议,定位算法,RPL,K-meansIAbstractWiththeriseoftheSilkRoadonthesea,thenationalexplorationandattentiontotheseaisinc

6、reasing.UnderwaterSensorNetwork(UWSN)hasbeenpaidmoreandmoreattention.AstheextensionofWirelessSensorNetworks(WSN)underwater,UWSNhasawideapplicationprospectinmarineagriculture,seamineralexploration,flammableiceenergydevelopmentandsoon.UWSNhasbecomeahotresearchfield.However,theunderwaterenvironmentisco

7、mplexandchangeable,andtheunderwateracousticchannelhasthecharacteristicsofhightemporalandspatialvariation,lowbandwidthandhighpropagationdelay,whichcausesthematuresolutionsinwirelesssensornetwork(WSN)ca