基于隐马尔科夫模型的水声传感器位置稳定性模型研究

李 丹 赵荣阳

（1.北部湾大学电子与信息工程学院，广西 钦州 535011；2.钦州市物联网先进技术重点实验室，广西 钦州 535011）

1 引言

在海底监测等应用的扩展和更新过程中，水声传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks，UASNs)在设备互连和数据通信等方面发挥了巨大作用。数据传输作为UASNs的重要功能，使设备从个体转变为群体[1]。水下有线部署成本昂贵，光波和电磁波在海水中衰减严重，因此声波成为海底无线通信的主要载体[2]。海底环境复杂多变，因此水声信道具有强噪声、高延迟、低带宽和节点移动等特点[3]，如何维护UASNs通信链路的稳定性是该领域的研究重点之一。锚定节点的移动现象会影响网络链路的稳定性[3-6]。通信链路的稳定性是路由寻路策略的一个重要指标，对通信链路的稳定性进行评估，有利于提高UASNs 路由协议性能。文献[3]把锚定节点的移动作为链路稳定性的影响因素，对邻节点偏移行为建立马科夫模型，判断节点是否适合作为数据转发的下一跳节点。文献[6]针对指定海域的锚定节点建立运动模型，通过实验验证节点位移对网络通信性能的影响。针对节点位移造成的网络拓扑不稳定问题，本文基于隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM)对水声传感器位置稳定性建立评估模型，为路由寻路提供决策依据。

2 节点位置稳定性模型

2.1 隐马尔科夫模型

HMM 是一种随机概率模型，包含一条隐含状态序列和一条观测序列。在已知的隐含状态初始向量π、隐含状态转移概率矩阵A和观测状态转移概率矩阵B的基础上，建立模型λ=(A,B,π)，再结合观测序列O，利用算法推导出隐含状态序列Q，满足P(O|λ)最大。……