基于跳数和剩余电量的水声机会路由协议

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1、硕士学位论文基于跳数和剩余电量的水声机会路由协议作者姓名马正宇学科专业通信与信息系统指导教师季飞教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月AHop-countandResidualEnergybasedOpportunisticRoutingforUnderwaterAcousticSensorNetworksADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhengyuMaSupervisor：Prof.FeiJiSouthChina

2、UniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要近年来，人们对于海洋探索的需求日益增强，水声传感器网络作为探索海洋资源的重要技术手段在不断发展。然而水声信道存在着传播速度慢、多径效应、低带宽、高误码率等等问题，由此带来的长端到端时延、低投递率、高能耗等网络问题亟待解决。水声网络的特点使水声路由协议的设计面临严峻的挑战。针对现有的水声路由常见的空白区域、绕远路、信令开销大、低投递率、能量消耗大等问题，我们提出了HCOR协议(AHop-countandResidualEner

3、gybasedOpportunisticRoutingforUnderwaterAcousticSensorNetworks,一种基于跳数和剩余电量的水声机会路由协议)。在HCOR协议中，每个水下节点通过接收汇聚节点广播的查询帧来维护自身的跳数信息。HCOR协议选择候选节点和确定候选节点优先级的度量标准是节点的跳数和剩余电量信息。跳数是为了建立到达汇聚节点的可达路径，跳数小的节点拥有更高的优先级，可以避免基于深度的路由中常见的空白区域和绕远路问题。HCOR协议仅需要维护节点的跳数信息，不需要维护任何地

4、理位置信息，这大大节省了信令开销。此外，为了防止优先级较高的节点因为多次转发而造成节点能量过早消耗完，节点的剩余能量也作为候选节点的度量标准，剩余电量多的节点拥有更高的优先级，可以防止个别优先级较高的节点过早“失效”。本文分析对比了HCOR协议在不同汇聚节点个数、不同仿真场景大小、不同通信距离下的网络性能，此外，本文对HCOR、DBR(Depth-basedRoutingforUnderwaterSensorNetworks)、DUOR(AnEfficientandLow-SignalingOppor

5、tunisticRoutingforUnderwaterAcousticSensorNetworks)这三个水声机会路由协议进行仿真对比，结果显示HCOR协议在平均端到端时延、网络总能耗大小均低于DUOR协议和DBR协议，而数据包投递率均高于DUOR协议和DBR协议，验证了HCOR协议是一个开销小且高效的水声机会路由协议。关键词：水声通信；跳数；剩余电量；IAbstractUnderwateracousticsensornetwork(UASN)hasbeenconsideredasapromisin

6、gtechniqueforoceanicengineeringtoexploreandexploitmarineresources.However,existingproblemslikelowpropagationspeed,multipathinterferenceandlowavailablebandwidthcanresultinlongdelay,lowpacketdeliveryandhighenergyconsumption.Theseproblemsareeagertobedealtw

7、ithinunderwateracousticnetwork.BasedontheanalysisoftheUASNscharacteristics,weproposedanovelprotocol,namedHCOR(AHop-CountandResidualEnergybasedOpportunisticRoutingprotocolforUnderwaterAcousticSensorNetworks),whichdirectsapackettothesonobuoyonthesurfacein

8、asimplebutefficientmethod.Eachunderwatersensornodekeepsitsstatusofhop-countthroughperiodicquery-frame.HCORselectsasetofnext-hopforwardercandidatesandcoordinatescandidatesbasedonthehop-countandtheresidualenergy.Thesensornodeswithl