水下声学无线传感器网络的设计和性能分析

1

作者 陈秋丽 何明 +2 位作者 陈希亮 黄亮 王立辉 《解放军理工大学学报（自然科学版）》 EI 北大核心 2014年第4期316-320,共5页

为了分析水下声学无线传感器网络在受到干扰情况下的性能,介绍了影响网络性能的相关干扰因素,设计了物理层水声通信干扰模型,建立了基于频率相关的路径损耗和Ricean衰减的信道模型,研究了可作为网络连通标志的覆盖范围、端到端帧误差概... 为了分析水下声学无线传感器网络在受到干扰情况下的性能,介绍了影响网络性能的相关干扰因素,设计了物理层水声通信干扰模型,建立了基于频率相关的路径损耗和Ricean衰减的信道模型,研究了可作为网络连通标志的覆盖范围、端到端帧误差概率、功率和带宽需求之间的关系,分析了节点受同层其他节点通信干扰下的网络性能。通过仿真实验验证了所设计模型的可行性。实验数据表明,通过优化通信工作功率和节点密度,能够确保网络正常运行,提高网络的可靠性。 展开更多

关键词 水下声学无线传感器网络 抗干扰 可靠性 UAWSNs( UNDERWATER ACOUSTIC WIRELESS SENSOR networks)

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基于变分自动编码器的水下无线传感器网络信任模型

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作者 张家豪 魏思周 夏娜 《水下无人系统学报》 2025年第2期307-316,共10页

在水下无线传感器网络(UWSN)中,复杂的水声通信环境与受限的节点资源使恶意节点的攻击更具隐蔽性和威胁性,因此研究有效的恶意节点检测方法对维护网络稳定与数据安全至关重要。文中提出了一种基于变分自动编码器的UWSN信任模型,通过评... 在水下无线传感器网络(UWSN)中,复杂的水声通信环境与受限的节点资源使恶意节点的攻击更具隐蔽性和威胁性,因此研究有效的恶意节点检测方法对维护网络稳定与数据安全至关重要。文中提出了一种基于变分自动编码器的UWSN信任模型,通过评估节点行为可信度来判定其是否为恶意节点。首先由汇聚节点收集水下节点传输过程中的行为特征数据,从中提取位置、数据包投递比率及延迟等指标,构成信任数据集;然后对数据集进行编码训练,利用变分推理将数据映射到潜在空间,并获得该空间的概率分布;最后依据概率分布解码重构数据,得到节点行为可信度,从而完成对节点的信任评估。对比实验结果表明,相较于基于入侵检测的信任管理系统等方法,该模型在信任评估准确度方面至少提升了10.5%,同时在运行稳定性方面也具有明显的优势。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 信任模型 变分自动编码器

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一种能量均衡的水下无线传感器网络覆盖空洞修补方法

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作者 闫雒恒 皇甫中民 《华北水利水电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第3期33-41,共9页

针对现有水下无线传感器网络空洞修补方法需要空洞边界探测、通信和计算开销大、覆盖率和能量均衡性差、水下环境模型过于理想化等问题,考虑水底地形复杂,且通常存在较大障碍物等环境因素,建立了基于能量的节点之间、区域边界、零能量... 针对现有水下无线传感器网络空洞修补方法需要空洞边界探测、通信和计算开销大、覆盖率和能量均衡性差、水下环境模型过于理想化等问题,考虑水底地形复杂,且通常存在较大障碍物等环境因素,建立了基于能量的节点之间、区域边界、零能量空洞、低能量覆盖洞、水底地形及障碍物作用力等多维度的虚拟力模型,提出了基于上述虚拟力模型和能量均衡的空洞修补算法。该算法不需要精确的空洞边界探测,对水下复杂地形和不同环境具有良好的适应性和鲁棒性。此外,提出的对低能量节点、低能量覆盖洞冗余修补的策略,显著提高了修补后网络能量分布的均衡性,减少了因低能量节点的能量很快耗尽而出现新的覆盖空洞的频率,减少了空洞修补频次,降低了网络维护成本。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 覆盖控制 空洞修补 虚拟力 能量均衡

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基于水下无线传感器网络的深度神经网络模型定位研究

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作者 李泽山 《重庆科技大学学报(自然科学版)》 2024年第6期72-79,共8页

水下介质定位系统主要依靠锚节点对水下信道或目标进行模拟,对部署于水下的无线传感器性能要求较高。为进一步优化水下介质定位系统,建立了基于水下无线传感器网络的深度神经网络模型,分析影响定位精度的各项重要因素和指标,如信道变异... 水下介质定位系统主要依靠锚节点对水下信道或目标进行模拟,对部署于水下的无线传感器性能要求较高。为进一步优化水下介质定位系统,建立了基于水下无线传感器网络的深度神经网络模型,分析影响定位精度的各项重要因素和指标,如信道变异性、接收机噪声水平、神经网络神经元数目,以及接收到的声信号功率利用率与协方差等。研究结果表明,当信道变异性较小时,最能体现深度神经网络的有效性。 展开更多

关键词 水下无线传感器 深度神经网络 变异性 神经元 功率利用率 协方差 自由定位

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水下无线传感器网络 被引量：26

5

作者 王静 陈建峰 +1 位作者 张立杰 黄建国 《声学技术》 CSCD 2009年第1期89-95,共7页

水下无线传感器网络是一种包括声、磁场、静电场等的物理网络,它在海洋数据采集、污染预测、远洋开采、海洋监测等方面取得了广泛的应用,将在未来的海军作战中发挥重要的优势。描述了水下无线传感器网络的研究现状,给出了几种典型的水... 水下无线传感器网络是一种包括声、磁场、静电场等的物理网络,它在海洋数据采集、污染预测、远洋开采、海洋监测等方面取得了广泛的应用,将在未来的海军作战中发挥重要的优势。描述了水下无线传感器网络的研究现状,给出了几种典型的水下无线传感器网络的体系结构,并针对水下应用的特点,分析了水下无线传感器网络设计中面临的节点定位、传感器网络能量、目标定位等诸多难题,最后根据应用需求提出了水下无线传感器网络研究的重点。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 能量 定位

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基于Parzen窗的水下无线传感器网络目标定位方法 被引量：10

6

作者 庞菲菲 张群飞 +2 位作者 史文涛 韩晶 孟庆微 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期45-50,共6页

水声通道复杂多变,使得水下无线传感器网络中节点出现失效的情况,影响了多节点的目标定位性能。为解决这一问题,该文提出一种基于Parzen窗的方位交线定位方法。该方法利用Parzen窗分析所有交点的分布特征,估计目标可能出现在某个位置的... 水声通道复杂多变,使得水下无线传感器网络中节点出现失效的情况,影响了多节点的目标定位性能。为解决这一问题,该文提出一种基于Parzen窗的方位交线定位方法。该方法利用Parzen窗分析所有交点的分布特征,估计目标可能出现在某个位置的概率,将概率最大值对应的点作为目标的估计位置。由于概率分布是非线性、多峰值的,采用带有惯性权重的粒子群算法去求解。仿真实验结果表明,所提方法能够在节点失效的情况下获得较高的目标定位性能,具有较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 目标定位 方位交线方法 PARZEN窗

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水下声学传感器网络研究 被引量：5

7

作者 何明 陈秋丽 +2 位作者 叶旭光 权冀川 陈希亮 《电信科学》 北大核心 2013年第11期72-76,共5页

水下声学传感器网络日益成为国内外的研究热点,而水下环境恶劣及传感器节点移动难以控制等问题的存在,使得如何确保水下声学传感器网络的效能备受关注。分析了水下声学传感器网络的国内外研究现状,描述了水下声学传感器网络的层次结构,... 水下声学传感器网络日益成为国内外的研究热点,而水下环境恶劣及传感器节点移动难以控制等问题的存在,使得如何确保水下声学传感器网络的效能备受关注。分析了水下声学传感器网络的国内外研究现状,描述了水下声学传感器网络的层次结构,对水下声学传感器网络物理层面临的技术挑战进行了研究,并指明了下一步研究工作的方向。 展开更多

关键词 水下声学传感器网络 网络结构 能耗 传输时延

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基于拓扑重构的水下移动无线传感器网络拓扑优化 被引量：4

8

作者 何明 梁文辉 +2 位作者 陈秋丽 陈希亮 陈剑 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期78-87,共10页

针对水下移动无线传感器网络(MUWSN,mobile underwater wireless sensor networks)拓扑随洋流动态演化对其网络性能会产生很大影响,提出了一种基于拓扑重构的水下移动无线传感器网络拓扑优化方法,首先通过模拟鱼群行为对传感器节点位置... 针对水下移动无线传感器网络(MUWSN,mobile underwater wireless sensor networks)拓扑随洋流动态演化对其网络性能会产生很大影响,提出了一种基于拓扑重构的水下移动无线传感器网络拓扑优化方法,首先通过模拟鱼群行为对传感器节点位置进行调整,优化网络覆盖度;其次,利用冗余节点修复网络中不连通位置,消除关键节点,优化网络连通性,最后,通过仿真对比实验验证了该方法的合理性和有效性。实验结果表明,所提算法能在较低能耗下,保证网络覆盖度长期维持在97%左右,连通率达到89%以上。 展开更多

关键词 水下移动无线传感器网络 拓扑优化 自主式水下航行器

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基于满Steiner树问题的水下无线传感器网络拓扑愈合算法研究 被引量：11

9

作者 刘林峰 刘业 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第9期30-37,45,共9页

建立了水下无线传感器网络模型,对拓扑愈合问题进行了形式化描述,该问题最终映射到数学上的满Steiner树问题。针对满Steiner树问题设计了一种近似的拓扑愈合算法,通过把自移动节点迁移至合适位置,不仅使拓扑得以愈合,还能够改善时延和... 建立了水下无线传感器网络模型,对拓扑愈合问题进行了形式化描述,该问题最终映射到数学上的满Steiner树问题。针对满Steiner树问题设计了一种近似的拓扑愈合算法,通过把自移动节点迁移至合适位置,不仅使拓扑得以愈合,还能够改善时延和能耗指标。仿真实验结果表明,该算法能愈合通信拓扑至较优状态,降低了传输时延和能耗,并能有效地延长水下传感器网络生命期。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 满Steiner树 拓扑愈合 多目标优化

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基于归零神经动力学的水下无线传感器网络节点测距定位方法 被引量：12

10

作者 杜秀娟 王丽娟 +1 位作者 刘静萍 金龙 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期177-185,共9页

从时变角度对基于到达角度(AoA)和到达时间差(TDoA)测距算法的水下无线传感器网络(UWSN)节点定位问题进行建模,提出了一种归零神经动力学模型来求解该定位问题并对所提模型进行了收敛性分析。通过对节点定位进行计算机仿真,验证了所提... 从时变角度对基于到达角度(AoA)和到达时间差(TDoA)测距算法的水下无线传感器网络(UWSN)节点定位问题进行建模,提出了一种归零神经动力学模型来求解该定位问题并对所提模型进行了收敛性分析。通过对节点定位进行计算机仿真,验证了所提模型在精度和移动定位稳健性方面的有效性。此外,利用青海湖实验床在湖试过程中收集的位置坐标对节点进行定位,验证了所提模型对实际应用场景具有潜在的适用性。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 节点定位 归零神经动力学 测距定位

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基于蚁群的水下无线传感器网络能量路由协议 被引量：9

11

作者 蒋华 蔡振海 王鑫 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2017年第8期12-16,共5页

针对水下无线传感器网络能量供应及生命周期的不足,在分簇路由协议的基础上提出了一种均衡节点能耗,延长网络生命周期的路由协议算法.该协议将蚁群算法用于水下无线传感器网络的路由优化中,在数据传输时找到最优的路径,达到节约簇头节... 针对水下无线传感器网络能量供应及生命周期的不足,在分簇路由协议的基础上提出了一种均衡节点能耗,延长网络生命周期的路由协议算法.该协议将蚁群算法用于水下无线传感器网络的路由优化中,在数据传输时找到最优的路径,达到节约簇头节点能量,延长整个网络生命周期的目的.同时,在簇头选举时,优化簇头选举策略,均衡簇头能量消耗.仿真结果表明,该协议有效的延长了网络生命周期,节省了网络节点能量,提高了传输效率. 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 蚁群算法 能量高效 非均匀分簇 路由选择

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水下无线传感器网络能力分析与评估方法 被引量：2

12

作者 韦正现 宋敏 +1 位作者 印桂生 王红滨 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1531-1538,共8页

水下无线传感器网络(underwater wireless sensor network,UWSN)综合能力受到传感器能量消耗、探测半径以及网络拓扑等复杂因素影响,为了应对UWSN综合能力评估的挑战性难题,分析了UWSN综合能力与影响参数之间的关系。将UWSN综合能力划... 水下无线传感器网络(underwater wireless sensor network,UWSN)综合能力受到传感器能量消耗、探测半径以及网络拓扑等复杂因素影响,为了应对UWSN综合能力评估的挑战性难题,分析了UWSN综合能力与影响参数之间的关系。将UWSN综合能力划分为覆盖能力、连通能力、耐久能力和快速反应能力4个方面,将影响参数划分为约束参数、设备参数和组网参数,提出了覆盖能力、连通能力、耐久能力和快速反应能力的度量模型及UWSN综合能力评估过程模型,实现通过优化调整组网参数,使网络在不同任务和环境下具有优越的整体性能通过仿真平台和仿真试验,结果表明提出模型能较客观计算UWSN的综合能力。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 覆盖 连通 耐久 快速反应 评估 约束参数 设备参数 组网

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年轮式水下无线传感器网络节点深度自调节优化部署方法 被引量：8

13

作者 闫雒恒 贺昱曜 《微电子学与计算机》 2021年第10期49-56,共8页

为提高水下无线传感器网络覆盖率,同时解决因通信能量消耗不均衡而造成网络无法正常使用的问题,本文提出一种“年轮式”水下无线传感器网络节点深度自部署算法.采取年轮式构建网络的以Sink节点为根节点的非均匀全连通树结构;在计算节点... 为提高水下无线传感器网络覆盖率,同时解决因通信能量消耗不均衡而造成网络无法正常使用的问题,本文提出一种“年轮式”水下无线传感器网络节点深度自部署算法.采取年轮式构建网络的以Sink节点为根节点的非均匀全连通树结构;在计算节点下潜深度时,构建基于覆盖利用率和能量均衡的优化模型,实现针对基准节点的全局最优深度计算.仿真实验结果表明,本文部署方法形成的网络拓扑结构,不但在确保全连通的前提下提升了网络覆盖率,而且有效均衡不同区域网络能耗,提高了后期使用网络的可靠性,有效延长了网络寿命. 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 深度自调节 节点部署 覆盖率 能量均衡 年轮式

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水下无线传感器网络抗恶意干扰技术应用及研究进展 被引量：8

14

作者 孙海信 何崇林 +2 位作者 王俊峰 陈镕杰 邓训彬 《水下无人系统学报》 2023年第1期128-142,共15页

水下无线传感器网络(UWSNs)越来越广泛地应用于海洋开发等领域,但其水声通信信道的开放性导致UWSNs容易受到水下的各类恶意干扰,各类通信抗干扰技术可有效提高UWSNs的通信可靠性。文中首先介绍了通信抗干扰技术的发展历程及其国内外发... 水下无线传感器网络(UWSNs)越来越广泛地应用于海洋开发等领域,但其水声通信信道的开放性导致UWSNs容易受到水下的各类恶意干扰,各类通信抗干扰技术可有效提高UWSNs的通信可靠性。文中首先介绍了通信抗干扰技术的发展历程及其国内外发展现状,并对通信抗干扰技术的发展规律进行分析;其次分析了UWSNs中通信抗干扰的关键技术以及技术需求,最后对UWSNs通信抗干扰技术的发展应用进行了展望。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 水声通信 抗干扰

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基于模糊逻辑的水下光传感器网络机会式路由协议

15

作者 沈睿 郝继强 +4 位作者 付东民 杨明 韩硕 岳鹏 孙诚 《水下无人系统学报》 2024年第4期703-712,共10页

水下无线光传感器网络相比传统声传感器网络具有高带宽、低时延等显著优势,是实现水空跨域通信中水下数据高速实时传输的研究热点。但由于水下光节点的传输易受阻挡且节点需要指向对准等问题,传统水下传感器网络路由协议不可避免地会出... 水下无线光传感器网络相比传统声传感器网络具有高带宽、低时延等显著优势,是实现水空跨域通信中水下数据高速实时传输的研究热点。但由于水下光节点的传输易受阻挡且节点需要指向对准等问题,传统水下传感器网络路由协议不可避免地会出现路由空洞和冗余数据传输情况。针对上述问题,文中提出了一种基于模糊逻辑的水下无线光传感器网络机会式路由协议。首先,提出基于模糊逻辑系统的水下光信道链路评价算法,结合水下复杂通信环境建模,设计了路由度量指标的多因素融合评估;然后,基于实时链路评估数据设计节点,数据转发概率和数据包保持时间的动态设定机制;最后,提出基于概率性的冗余抑制转发算法。仿真结果表明,在典型海洋通信环境下,所提路由协议可有效提高传输效率及减少端到端时延,具有良好的网络动态适应性。 展开更多

关键词 跨域通信 水下无线光传感器网络 机会式路由协议 模糊逻辑

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水下无线传感器网络的节点精确定位 被引量：9

16

作者 周伟 来鸿飞 刘忠 《指挥控制与仿真》 2007年第1期50-52,55,共4页

以无线传感器网络(WSN)水下应用为背景,针对特定的环境要求,提出了一种可实现网络规模升级的分布式无锚点网络节点自定位机制。该定位算法通过距离误差估计和分布式坐标计算方法,有效地减少了由于测量距离误差所带来的坐标计算误差和节... 以无线传感器网络(WSN)水下应用为背景,针对特定的环境要求,提出了一种可实现网络规模升级的分布式无锚点网络节点自定位机制。该定位算法通过距离误差估计和分布式坐标计算方法,有效地减少了由于测量距离误差所带来的坐标计算误差和节点坐标计算所带来的通信开销,有利于网络节点能量的合理使用和大规模的WSN布放。通过试验仿真计算,验证了该定位机制的合理性,为水下WSN应用提供了有力的技术支持。 展开更多

关键词 无线传感器网络 节点定位 到达时间 TOA技术 到达时间 水下应用

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水下无线传感器网络定位技术综述 被引量：7

17

作者 姚西 《现代电子技术》 2013年第7期11-15,18,共6页

随着开发海洋资源热潮的兴起和陆地无线传感器网络研究的迅速发展,水下无线传感器网络的研究已经成为新的研究热点。水下定位技术是水下传感器网络关键性支撑技术。为了对水下定位技术进行深入研究,采用分类总结的方法对目前已有的水下... 随着开发海洋资源热潮的兴起和陆地无线传感器网络研究的迅速发展,水下无线传感器网络的研究已经成为新的研究热点。水下定位技术是水下传感器网络关键性支撑技术。为了对水下定位技术进行深入研究,采用分类总结的方法对目前已有的水下定位技术按类别进行了阐述,比较了它们的优缺点,讨论了这些技术适用的应用场景。最后对水下定位的发展趋势做出了展望。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 水下定位技术 集中式定位算法 分布式定位算法

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水下光无线传感器网络的连接性分析与定位技术 被引量：6

18

作者 向劲松 胡东洋 李长萍 《光通信技术》 2021年第4期1-6,共6页

针对水下光无线传感器网络(UOWSN)节点的传输范围受限和间歇性连接的问题,利用多跳通信扩大传输范围来增强网络连接性,提出一种网络节点定位算法。首先,将UOWSN建模为三维(3D)随机缩放模型图,并根据网络节点数、通信范围以及光发散角推... 针对水下光无线传感器网络(UOWSN)节点的传输范围受限和间歇性连接的问题,利用多跳通信扩大传输范围来增强网络连接性,提出一种网络节点定位算法。首先,将UOWSN建模为三维(3D)随机缩放模型图,并根据网络节点数、通信范围以及光发散角推导了该模型下网络节点的连接性概率表达式;然后,利用接收信号强度(RSS)定位算法修正距离矢量跳数(DV-Hop)定位算法来解决网络节点的定位问题,并与现有方案进行分析对比。仿真结果表明提出的定位算法的性能明显优于标准的DV-Hop算法和Hybrid DV-Hop算法。 展开更多

关键词 水下光无线传感器网络 网络连接性 距离矢量跳数算法 接收信号强度算法 节点定位

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水下无线传感器网络中一种安全定位算法 被引量：3

19

作者 王帅 《中国新通信》 2008年第3期69-73,共5页

提出一种基于阵列传输结构的无线传感器网络安全定位算法(USA)。该算法主要解决水下无线传感器网络(UWSN)面临的一些安全威胁问题。以提高无线传感器网络安全性,特别是位置信息的安全性为设计目标。利用节点协作形成的阵列作为天线阵列... 提出一种基于阵列传输结构的无线传感器网络安全定位算法(USA)。该算法主要解决水下无线传感器网络(UWSN)面临的一些安全威胁问题。以提高无线传感器网络安全性,特别是位置信息的安全性为设计目标。利用节点协作形成的阵列作为天线阵列进行相互通信,在不增加额外硬件成本的同时,还获得阵列天线给无线传感器网络带来的优势,如减小多径效应、提高接收端的信噪比、增加系统容量等。USA算法基于这种阵列结构使网络得到很高安全特性,特别是,对Wormhole攻击具有非常好的抵御性能。仿真实验证明该算法的有效性。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 天线阵列 安全算法

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水下无线传感器网络自适应转发协议 被引量：3

20

作者 王庆文 刘刚 +3 位作者 李智 戚茜 史浩山 蒋毅 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期165-170,共6页

针对水下传感器网络延时长、网络拓扑动态变化的问题,提出一种三维水下无线传感器网络自适应转发协议AFP(adaptive forwarding protocol)。AFP采用自适应方法获得转发概率与转发区域,让转发区域内与上一跳转发节点距离相对远,且与上一... 针对水下传感器网络延时长、网络拓扑动态变化的问题,提出一种三维水下无线传感器网络自适应转发协议AFP(adaptive forwarding protocol)。AFP采用自适应方法获得转发概率与转发区域,让转发区域内与上一跳转发节点距离相对远,且与上一跳节点与目的节点的矢量方向相对近的节点以高概率转发分组,从而减少了转播冗余和冲突,提高了转播效率。应用NS-2仿真软件对协议的性能进行仿真,仿真结果表明:与VBF协议相比,AFP提高了分组投递率、减少了端对端延迟,证明了AFP在水下无线传感器网络环境下工作的可行性和有效性。 展开更多

关键词 水下无线传感器网络 三维 转发协议 有效性 路由协议 广播 时延

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