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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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水下无线传感器网络 被引量:26
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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
3
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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一种水下无线传感器网络的连通性覆盖算法 被引量:9
4
作者 刘爱平 刘忠 罗亚松 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期116-120,共5页
研究了水下无线传感器网络随机布放条件下的连通性覆盖问题。针对节点通信半径小于2倍的感知半径时,不能达到连通性要求的问题,给出一种连通性最差情况下(通信半径等于感知半径),连通性覆盖算法唤醒机制。唤醒机制中,充分考虑能量以及... 研究了水下无线传感器网络随机布放条件下的连通性覆盖问题。针对节点通信半径小于2倍的感知半径时,不能达到连通性要求的问题,给出一种连通性最差情况下(通信半径等于感知半径),连通性覆盖算法唤醒机制。唤醒机制中,充分考虑能量以及节点之间的距离信息来选择进入工作状态的最佳节点,使得网络在满足覆盖性要求的基础上,保证了节点之间的连通性要求。最后通过仿真分析,验证方法有效性。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 随机布放 覆盖 连通 唤醒机制
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一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制 被引量:9
5
作者 王建平 孔德川 陈伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期680-686,共7页
时间同步是无线传感器网络的基础问题。电磁波在水下环境的传输衰损极大,为此水下无线传感器网络通常采用超声波实现信息传输。由于超声波较低的传输速率和传感器节点在水中的运动,必将导致严重的信号传输延迟。构建了一种基于多普勒效... 时间同步是无线传感器网络的基础问题。电磁波在水下环境的传输衰损极大,为此水下无线传感器网络通常采用超声波实现信息传输。由于超声波较低的传输速率和传感器节点在水中的运动,必将导致严重的信号传输延迟。构建了一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制,通过检测接收到的超声波频率变化来实现时间同步校正。基于MATLAB实现了该同步算法的仿真。实验结果显示,传感器的采样时间间隔越短,移动速度越快,在水中所处的深度越小,整个系统的同步性越高。 展开更多
关键词 多普勒效应 水下无线传感器网络 时间同步 时钟偏移
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一种小规模水下无线传感器网络的部署算法 被引量:17
6
作者 罗强 潘仲明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1043-1047,共5页
覆盖问题是水下无线传感器网络的一个基本问题。在虚拟力算法中,"虚拟"的力作为传感器节点部署策略被构造,以提高传感器节点的初始随机覆盖后的覆盖率。在传感器区域中,每个传感器节点都可以作为其它所有节点的"受力的源... 覆盖问题是水下无线传感器网络的一个基本问题。在虚拟力算法中,"虚拟"的力作为传感器节点部署策略被构造,以提高传感器节点的初始随机覆盖后的覆盖率。在传感器区域中,每个传感器节点都可以作为其它所有节点的"受力的源",这种力既可以是引力,也可以是斥力。基于虚拟力的概念,构造了节点间虚拟力区域,并提出了一种快速虚拟力算法。不同于其它虚拟力算法,这是一种简化的自组织算法,它能够有效地提高小规模的水下无线传感器网络的覆盖率。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 覆盖 虚拟力 自组织
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水下无线传感器网络定位技术研究进展 被引量:10
7
作者 毕京学 郭英 +3 位作者 甄杰 张鼎凯 杨凯 段淑珍 《导航定位学报》 2014年第1期41-45,71,共6页
水下无线传感器网络和浮标网络定位技术是当今海洋测绘领域的新技术。浮标网络定位技术结合了全球定位系统和水声测量定位技术,可有效地为水下目标进行定位和导航。水下无线传感器网络由大量廉价微型传感器节点组成,可用于实时监测海洋... 水下无线传感器网络和浮标网络定位技术是当今海洋测绘领域的新技术。浮标网络定位技术结合了全球定位系统和水声测量定位技术,可有效地为水下目标进行定位和导航。水下无线传感器网络由大量廉价微型传感器节点组成,可用于实时监测海洋环境的变化、节点定位、水下目标定位和导航等。详细分析了浮标网络定位技术的不足,介绍了水下无线传感器网络,深入剖析了水下无线传感器网络定位技术的发展现状,指出了需要解决的技术难题,为水下无线传感器网络的后续研究提供参考。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 浮标网络 海洋测绘 水下目标 水下定位
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基于Unscented粒子滤波的无序观测下水下无线传感器网络目标被动跟踪 被引量:5
8
作者 薛锋 刘忠 曲毅 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第12期2653-2658,共6页
为提高水下无线传感器网络(UWSN)中的目标被动跟踪性能,提出了一种新的无序观测量(OOSM)处理算法.利用节点动态分簇建立分布式跟踪结构,簇头节点收集子节点的观测量形成本地估计.基于这种分布式结构,利用Unscented粒子滤波(UPF)结合新... 为提高水下无线传感器网络(UWSN)中的目标被动跟踪性能,提出了一种新的无序观测量(OOSM)处理算法.利用节点动态分簇建立分布式跟踪结构,簇头节点收集子节点的观测量形成本地估计.基于这种分布式结构,利用Unscented粒子滤波(UPF)结合新观测量,产生粒子滤波的建议密度分布,处理OOSM问题.详细推导了基于UPF的OOSM处理算法(OOSM-UPF)的具体实现步骤.利用转弯率建立机动目标跟踪模型,构建虚拟三维WSN仿真环境,比较了几种OOSM算法的性能.仿真结果表明,与其它算法相比,分布式OOSM-UPF算法的跟踪性能有了明显的提高. 展开更多
关键词 被动跟踪 水下无线传感器网络 粒子滤波 无序观测 Unscented变换
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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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水下无线传感器网络能量路由协议的仿真研究 被引量:12
11
作者 刘玉梁 潘仲明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期905-908,共4页
水下无线传感器网络对海洋战场的监测要求实时性较强和路由时延较小。针对水声信道传输特点,将路由选择问题转化为非线性规划问题,提出一种基于表驱动路由协议设计思想的选优能量路由协议。该协议在数据传送时总是选取目标函数解较优的... 水下无线传感器网络对海洋战场的监测要求实时性较强和路由时延较小。针对水声信道传输特点,将路由选择问题转化为非线性规划问题,提出一种基于表驱动路由协议设计思想的选优能量路由协议。该协议在数据传送时总是选取目标函数解较优的路径,从而能够高效利用传感器节点的能量,同时均衡各节点的能量消耗。仿真结果表明,相对于传统能量路由协议,该协议能够有效地延长水下无线传感器网络的生存周期。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 能量路由协议 表驱动 非线性规划
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一种水下无线传感器网络节点的三维部署算法 被引量:3
12
作者 赵敏华 李玲燕 +2 位作者 赵坤 李莉 康燕妮 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第12期138-141,145,共5页
从水环境监测的应用需求出发,提出了水下空间节点三维部署的目标和约束条件。同时,为了解决在三层水下无线传感器网络结构模型下,节点稀疏部署后,网络存在的能耗不均衡问题,提出一种非均匀简单立方格节点部署算法。该算法结合节点水声... 从水环境监测的应用需求出发,提出了水下空间节点三维部署的目标和约束条件。同时,为了解决在三层水下无线传感器网络结构模型下,节点稀疏部署后,网络存在的能耗不均衡问题,提出一种非均匀简单立方格节点部署算法。该算法结合节点水声通信能耗模型,通过增加各层节点数目和调整节点间通信距离来控制节点能耗。从网络的生存时间和网络的能量消耗两方面对算法进行了分析和仿真,结果表明:本算法可以在保证网络覆盖要求的前提下,控制节点部署的密度,均衡节点的能量消耗,延长网络寿命。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 部署 简单立方格 通信能耗模型 网络寿命
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基于相交环的水下无线传感器网络节点自定位研究 被引量:6
13
作者 单志龙 胡燕 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期536-540,共5页
在水下无线传感器网络中,当网络中锚节点稀疏时会出现未知节点单跳定位困难的问题。在对已有水下定位算法分析的基础上,提出了一种新的基于相交环的两跳定位算法(Intersect Rings 2-Hops location scheme,IR2H),该算法利用同心环裁剪,... 在水下无线传感器网络中,当网络中锚节点稀疏时会出现未知节点单跳定位困难的问题。在对已有水下定位算法分析的基础上,提出了一种新的基于相交环的两跳定位算法(Intersect Rings 2-Hops location scheme,IR2H),该算法利用同心环裁剪,缩小未知节点的定位区域,并通过两跳来定位节点。实验结果说明,IR2H算法与原有算法相比具有较高的有效定位率及较低的平均定位误差。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 自定位 相交环 稀疏
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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
14
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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基于n层二叉树的水下无线传感器网络路由算法的设计 被引量:2
15
作者 孔德川 王建平 牛立元 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第6期133-137,共5页
基于超声波进行通信的水下无线传感器网络很难采用陆地上使用的无线传感器网络路由算法。提出了一种基于n层二叉树的水下无线传感器网络路由算法的设计过程,基于三维空间坐标来对水下传感器节点进行定位,采用最接近水平轴的策略来选择... 基于超声波进行通信的水下无线传感器网络很难采用陆地上使用的无线传感器网络路由算法。提出了一种基于n层二叉树的水下无线传感器网络路由算法的设计过程,基于三维空间坐标来对水下传感器节点进行定位,采用最接近水平轴的策略来选择最远邻居,利用传感器彼此间的深度差来决定路由方向,通过多跳方式,基于多路径进行数据传输。通过MATLAB实现了算法的性能仿真,分别探讨了不同层数和传输半径的影响,实验结果显示,二叉树的层数越高,传输半径越大,其数据包传递率越高。通过传输半径为100 m的3层二叉树算法对比了DBR、ECBP和Hydrocast3种路由算法的数据包传递率和能耗情况。结果显示,该算法具备较高的数据包传递率,而能耗相对较低。在实际水下传感器网络应用中,选择合适传输半径和层数的二叉树路由算法,实现数据包传递率和能耗的折中,是未来研究的热点问题。 展开更多
关键词 n层二叉树 路由算法 水下无线传感器网络 超声波通信 数据包传递率 信号传输半径
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水下无线传感器网络节点覆盖及其自定位 被引量:1
16
作者 张华 刘玉良 《浙江海洋学院学报(自然科学版)》 CAS 2012年第3期244-248,共5页
节点自定位技术是水下无线传感器网络应用的关键技术之一,较高的覆盖概率能够提高节点自定位的精度。节点定位精度受到很多因素的影响,本文通过采用感知概率模型模拟传感节点测量概率分布模型,再对覆盖概率较高的传感器节点进行定位误... 节点自定位技术是水下无线传感器网络应用的关键技术之一,较高的覆盖概率能够提高节点自定位的精度。节点定位精度受到很多因素的影响,本文通过采用感知概率模型模拟传感节点测量概率分布模型,再对覆盖概率较高的传感器节点进行定位误差迭代,最后采用遗传算法对定位误差进行优化。仿真结果表明,覆盖概率受感知半径和迭代次数影响,定位误差受信标节点密度影响,采用遗传算法的优化能够实现水下传感器节点的自定位精度。 展开更多
关键词 覆盖 节点自定位 感知概率 水下无线传感器网络
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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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结合Chirp信号的单向广播机制水下无线传感器网络时间同步算法
18
作者 金彦亮 姚彬 张晓帅 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期877-887,共11页
水下无线传感器网络(underwater wireless sensor networks, UWSNs)的时间同步主要面临两大挑战,分别是水声传播时延较长和节点的移动性.针对水下无线传感器网络时间同步问题,提出了一种结合Chirp信号的单向广播机制的跨层时间同步(Chir... 水下无线传感器网络(underwater wireless sensor networks, UWSNs)的时间同步主要面临两大挑战,分别是水声传播时延较长和节点的移动性.针对水下无线传感器网络时间同步问题,提出了一种结合Chirp信号的单向广播机制的跨层时间同步(Chirp-based broadcasting time synchronization, CB-Sync)算法. CB-Sync算法在物理层利用Chirp扩频信号的时钟频偏与相偏来减少因节点移动性带来的误差.此外, CB-Sync算法采用周期性的单向广播机制来同步邻居节点,邻居节点根据收到的广播信息,通过两次线性回归得到时钟的初始频偏与相偏,最后利用最小梯度下降算法来减少多普勒频移带来的误差,以提高最终的时间同步精度.仿真实验结果表明, CB-Sync算法具有更为高效的能量利用效率和时间同步精度. 展开更多
关键词 水下无线传感器网络(underwater WIRELESS sensor networks UWSNs) 时间同步 广播机制 CHIRP
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基于矢量与能量的水下无线传感器网络路由协议 被引量:5
19
作者 张嘉男 杜秀娟 +1 位作者 李梅菊 王丽娟 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期113-117,共5页
水下无线传感器网络具有能耗大、数据传输效率低、拓扑结构动态变化的特点。针对水下环境中节点的移动优势,提出基于矢量和能量的路由协议。从源节点到汇聚节点建立矢量,根据候选节点到该矢量的距离确定优先级。在考虑距离的同时结合候... 水下无线传感器网络具有能耗大、数据传输效率低、拓扑结构动态变化的特点。针对水下环境中节点的移动优势,提出基于矢量和能量的路由协议。从源节点到汇聚节点建立矢量,根据候选节点到该矢量的距离确定优先级。在考虑距离的同时结合候选节点的剩余能量以确定其是否成为最佳下一跳节点。仿真结果表明,与VBF协议和LB-AGR协议相比,即使无法知晓节点的地理位置,该协议在交付率、平均端到端延时和能耗方面仍可获得较好的结果。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络 路由协议 动态拓扑 矢量 剩余能量
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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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