一种适合水下无线传感器网络的能量有效路由协议

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1、计算机科学2008Vol.35No.1一种适合水下无线传感器网络的能量有效路由协议I张剑黄本雄张帆涂来(华中科技大学电信系武汉430074)摘要本文针对水下声信道髙能耗和高延迟的特点•提出一种基于前向簇头与前向网关的无线珞由协议(FFBR)0其思想是基于分簇结构，引入前向簇头和前向网关的概念•并在分簇初始化的过程中“捎带”选择前向簇头和前向网关，以形成朝向sink的方向性节能路由。它避免了路由建立的开销和时延，同时保证数据传输时网络能耗均衡.以减小水声高延迟、高能耗带来的不利彩响。仿真结果表明・FFBR协议比DSR协议能更好地适应水声高延迟、髙能耗通信环境，不但有较高的连通率•而且能

2、节省网络能量•提高数据传输的及时性。关键词水下传感器网络，前向簇头，前向网关•能量有效，路由协议AnEnergy-efficientRoutingProtocolAppliedinUnderwaterSensorNetworksZHANGJianHUANGBen-XiongZHANGFanTULai(DepalmentofElectronicsandInformationEngineering,HuazhongUniversityofSci.&Tech.■Wuhan430074)AbstractInordertoovercomelongtransmissiondelayandhigh

3、energyconsumptionproblemsinunderwateracousticsensornetwork(UWASN)>thispaperproposesanefficientwirelessroutingprotocolbasedonforwardclusterheadandforward-gateway(FFBR).Itmakesuseoftheconceptsofforward-clusterhead(FC)andforwardgateway(FG)9sotheroutefromthesourcenodetosinkcanbeformedbytheselection

4、ofFCandFGthatarebroughtinduringtheinitiationofclustering.FFBRisexpectedtobalanceenergyconsumptionindatatransimissionwithoutdelayandspendingofroutingestablishment.ExperimentsshowthatbeingcomparedwithDSRprotocolFFBRachievesbetterperformanceonconnectivitytenergycomsumption»transmissiondelay.There

5、fore♦itcanbewellappliedintheunderwateracousticsensornetwork.KeywordsUnderwaterssensornetworkstForwardclusterhcad.Forward-gateway,Energy-efficientsRoutingprotocol国家自然科学基金(No.60572047),湖北省光电子优秀创新人才资助项目。张剑博士研究生，研究方向为无线传感器网络；黄本雄博士生导帅。1引言随着陆基无线传感器网络的发展，水卜•无线传感器网络的研究也得到了越来越多的重视，并逐渐在海洋环境监测、水下军事防御、海洋灾难

6、预警等众多领域得到应用。水F无线传感器网络结构与陆基传感器网络相似，节点感应数据,然后传递给sink节•点。sink是没有任何资源约束的浮标等物体,可直接与岸基或母船联系。水卜•传感网络同样需面临如何解决节点资源受限、如何及时将数据传递给sink,同时尽可能地延长网络寿命等问题。然而水下信道与陆基无线电信道大不相同⑴：其带宽严重受限•一般只有30〜300Hz.通常只能采用水声信号传输；声信号在水中的传播速度只有1500m/s,因此传输延时大、系统吞吐量低;信道质虽很差，衰滅严重、干扰大、多径效应严舉;节点能耗很高;频率越高、距离越长，信号衰减越严重。为此，需要设计新的通信协议来适应水

7、声环境的通信要求。研究者已经针对陆基无线传感器网络提出了一些实时路由协议卩,但它们并不适合直接运用到水下传感器网络中来。这些协议一般仅仅考虑了节能问题而忽视了传输时延°：，或者是提供了时延保证但忽视了能戢消耗⑷。有些协议虽然结合了能11和实时度量指标⑸，但引入了过多控制开销,也不适合大规模的水卜传感器网络。位置信息是无线网络中的一个重要议题⑹，其思想对于水下传感器网络的路由协议设计冇一定借鉴作用。但大多数基于位置的无线路由协议(GRS：】、COMPASS0