基于深度与可靠链路的水下无线传感器网络机会路由

南书坡,冯乃勤

(1.河南师范大学 新联学院,郑州 451464;2.河南师范大学 计算机与信息工程学院,河南 新乡 453007)

0 概述

近期,水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Network,UWSN)被广泛应用于潜艇跟踪、港口监控等水面应用[1-3]。在这些应用中,多个移动传感节点部署于水下,形成(Sensor Equipped Aquatic,SEA)。这些水下传感节点具有声通信能力,而浮于水面的声纳浮标具有视频和声通信能力[4-5]。水下传感节点通过声信号向位于水面的声纳浮标传输,声纳浮标接收后,再通过无线射频信号向控制中心传递,进而完成对水域信息的采集[6-8]。

由于水域特殊环境,水下通信只能采用声信号。然而,由于声通信的有限带宽、高比特误码率和高传输速率(达到1 500 m/s),实现水域的声通信仍存在巨大挑战。此外,替换电池或补充节点电量也是一项非常麻烦的工作[9]。考虑这些水域声通信的特性,基于陆地的传感网络的数据路由协议不再适用于水下无线传感器网络。因此,针对UWSN设计有效的数据传输路由成为研究热点[10-12]。

典型的UWSN路由有VARP[13]和HydroCast[14]。VAPR路由利用序列号、跳数以及深度信息,选择下一跳的方向,并采用有方向机会转发避免路由空洞问题。而HydroCast属混合组播路由。HydroCast路由结合了地理位置路由和机会路由特性,依据节点深度调整,进而最大化地理位置路由的优势,这些路由协议具有机会路由特性。

为此,本文先分析机会路由的不足,然后再提出基于深度和链路可靠的水下无线传感器网络的机会路由(Depth and Reliable Link Opportunistic,DRLO)协议。

1 传统机会路由问题描述和DRLO介绍

1.1 问题描述

首先,水域环境的高传输时延给时延-敏感性应用提出了挑战,如灾难预防、海底勘测以及污染监管。……