水下传感器网络基于节点移动性模型的路由协议设计

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1、水下传感器网络基于节点移动性模型的路由协议设计DesigningofRoutingProtocolBasedonNodeMobilityModelinUnderwaterSensorNetwork学科专业：软件工程作者姓名：王晨指导教师：张钢教授天津大学计算机科学与技术学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本

2、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着近年来各国对海洋资源开发步伐的加快，需要对海洋环境、地质变化、海洋资源等进行长时

3、间连续稳定的监测，研究人员对水下信息传输技术的研究越来越重视，于是水下无线传感器网络应运而生，并且已经成为各国传感器网络研究的热点。水下传感器网络与陆地无线传感器网络有很大不同，其中最为重要的在于通信方式的不同，由于电磁波在海水中的衰减非常大，而声波在水中具有更好的传播性，使得声音成为水下通信技术的较好选择。由于声音在水下传输时速度较慢且传播损耗大，并且易受到多径效应和多普勒效应的影响，导致水下传感器网络带宽窄、网络延迟大，水下信道的上述特性对水下传感器网络的研究带来了诸多挑战。本文首先对水下节点的移动模型进行了研究，其中包括几种常见

4、的水下节点移动模型，包括静态移动模型、浅水移动模型以及拉格朗日移动模型。这些模型虽然均能描述二维场景中节点的移动，但却没有考虑水下网络拓扑的三维特性，因此并不能很好的描述三维水下场景节点的移动规律。本文提出了一种适用于水下锚节点的三维移动模型，该模型可以很好地刻画出了水下锚节点的运动；本文提出了基于锚节点移动模型的拓扑控制算法，该算法可以通过发送控制报文并结合锚节点的移动规律尽可能的使网络拓扑中的节点找到可靠邻居节点。在该拓扑控制算法的基础上，本文提出了基于锚节点移动模型的路由协议AVBF(VectorBasedForwardingB

5、asedonAnchorNodeMobilityModel)，在选择下一跳节点时，节点从可靠邻居表中选择下一跳节点，替代了原有的VBF路由协议中的冗余转发策略，从而解决了VBF协议的传输不可靠以及冗余问题。本文在扩展自NS2的网络仿真工具Aqua-Sim上实现了锚节点的移动模型，并且实现了AVBF协议，并将其与VBF协议在数据传输成功率和网络平均延迟以及网络总能耗等方面进行了比较，仿真结果证实AVBF协议要优于VBF协议。关键词：水下传感器网络，节点移动模型，拓扑控制，路由协议ABSTRACTInrecentyears,withthe

6、acceleratingpaceofthedevelopmentofmarineresources,thereisademandforeverycountrytocarryoutalong,continuousandstablemonitoringtomarineenvironment,geologicalchanges,andmarineresourcesandsoon,andresearcherspaymoreattentiontothestudyofunderwaterinformationtransmissiontechnol

7、ogy.Therefore,theunderwaterwirelesssensornetworkcameintobeing,andhasbecomeahotspotintheresearchofsensornetwork.UnderwaterSensorNetworkshasmanydifferentfromterrestrialwirelesssensornetworks,whichisthemostimportantisthediversewaysofcommunication.Theattenuationofelectromag

8、neticwaveintheseaishuge,whiletheacousticwaveinthewaterhasabettertransmission,whichmakingthevoicebecomesaprefer