马 媛,杜秀娟

(1.青海师范大学计算机学院,青海 西宁 810008; 2.青海省物联网重点实验室,青海 西宁 810008)

0 引 言

随着各国对石油、天然气等资源的需求量不断增长，人们对海洋资源的开发和利用处于持续上升趋势。水下无线传感器网络(UWSN)的应用，成为国内外重点研究的方向[1-2]。水下环境极为特殊，水体信道复杂多变，无线电磁波在水下通信具有很高的衰减性[3]，光在水下通信具有散射性，因此在水下采用声波进行通信。UWSN是由多个水下传感器节点、水面中继站、船上接收站、卫星以及地面接收站组成的移动自组织网络[4]。水下传感器节点具有感知物理特性、收集和处理数据、进行通信等功能。水下节点将自己感知到的数据进行收集，通过邻居节点逐跳转发，经过数次传输后到达水面中继站，最后通过卫星或者互联网到达地面接收站。UWSN广泛应用于海洋资源勘测、海洋环境污染监测、预报海洋灾害、海军情报收集、海洋生物保护、战略监测等领域[5-8]。UWSN的拓扑结构如图1所示。

图1 水下无线传感器网络拓扑构造

与采用无线电通信的地面传感器相比，UWSN具有独特的特性，这些特性使得为水下传感器网络设计协议的难度增大。水下节点采用声波通信，声波在水下的传播速度是1500 m/s,比无线电磁波在地面的传播速度低大约5个数量级[9]，即传播延迟比无线电波高大约5个数量级。水下环境恶劣，声波在传输过程中会受环境噪声、路径损耗等影响，有较高的出错率，误码率在10-7～10-3。而且由于传输距离远，水声通信比无线电磁波通信更加消耗能量。……