水声通信组网技术第五讲水声网络路由
水下声波通信网络的路由算法与传输控制技术
水下声波通信网络的路由算法与传输控制技术第一章：引言水下声波通信是一种在海底进行的传输技术。
由于水下通信环境的复杂性，声波通信网络的路由算法和传输控制技术的研究成为了水下通信领域的一个热门研究方向。
本篇文章将着重解析水下声波通信网络的路由算法和传输控制技术的研究现状。
第二章：水下声波通信网络的组成和传输特性水下声波通信网络主要由声发射器、水声信号处理器、水声遥控器和水声接收器等设备组成，通过声波信号传输数据。
水下通信环境充满了噪声、信号衰减和多径传输等特性，使其传输效率受到很大的制约。
第三章：水下通信网络的路由算法在水下声波通信网络中，路由算法与传输控制技术是实现高效数据传输的两大关键技术。
传统的网络路由算法常常考虑节点间通信的带宽和距离，但在水下通信中，声波传输的特殊性质需要更加细致、复杂的网络管理策略。
目前，常用的水下网络路由算法主要有PEL宽度路由算法和SARA算法。
PEL宽度路由算法通过把网络分成一定宽度的层，来寻找尽可能短的路线，从而提高网络的吞吐能力。
SARA算法则是一种分层和基于状态的路由算法，它利用网络的历史信息进行资源分配和动态调整，以实现在动态的水下环境中达到最优路由。
第四章：水下通信网络的传输控制技术在水下声波通信网络中，传输控制技术是保证数据传输的关键。
基于TCP和UDP等协议的传统传输控制技术在水下环境下效果不佳，因此需要新的控制技术。
目前，水下网络传输控制技术的研究主要集中在两个方面：基于分组传输的传输控制技术和基于信令控制的传输控制技术。
前者主要是将数据分成多个数据包进行传输，并通过ACK确认，并采用数据包重传机制来处理数据传输过程中遇到的错误。
后者则是通过信令控制来保证数据传输的可靠性。
当前应用较多的传输控制技术有TIBORA、M-DFS、TCP-Sack等。
第五章：总结与展望水下声波通信网络的路由算法和传输控制技术是水下通信领域的核心技术之一。
当前，这两个方面的研究成果日益增多。
水声通信网层次路由算法
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｙ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｙ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ － ７ ０ ４ ３ ． ２ ０ １ ２ ０ ５ ０ ５ ７
网络出版地址 ： ｈ ｎ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ２ ３ ． １ ３ ９ ０ ． Ｕ ． ２ ０ １ ３ ０ ３ ０ ５ ． ０ ９ １ ９ ． ０ ０ １ ． ｈ ｔ ｍ ｌ
Ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｆ ｏ ｃ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｌ ｉ ｆ ｅ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｎ ｏ ｄ ｅ’ Ｓ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
了一种适用于水下环境的水声通信 网层次路 由算法 ． 该 算法采用分轮的思想 ， 使用 改进 的复杂网络社 团结构检测谱 方法 的相关算法． 通过 网络初始化 等措施 构建水声 通信网的图结构 ， 并利用 Ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｃ ｉ ａ ｎ阵与 聚类 算法得到簇 结构 ， 进 而实现 网 络中数据的正常传输． 仿真 实验 表明 ， 在 水声通信 网 的特 殊条件下 ， 该算 法相 对于传统 的 Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ协 议能取得 较好 的效 果， 在 网络稳定传输数据 的情况 下 ， 网络各轮 的存活节点数均优 于 Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ． 关键 词 ： 水声通信 网； 社团结构 ； 层次路 由 ； 谱方法 ； 无线传感 网络
水声通信原理
水声通信原理
水声通信是一种利用水介质传播声波进行通信的技术，它在海洋科学、水下探测、海洋资源开发等领域具有重要的应用价值。
水声通信的原理是利用水介质传播声波的特性进行信息传输，其工作原理和传输特性对于水下通信系统的设计和应用具有重要意义。
首先，水声通信利用水介质传播声波的特性进行信息传输。
在水中，声波的传播速度约为1500米/秒，远远快于空气中的声速，因此水声通信具有较远的传输距离和较高的传输速度。
此外，水声通信还受到水深、水温、盐度等环境因素的影响，需要针对不同环境条件进行信号调制和解调，以保证通信的可靠性和稳定性。
其次，水声通信的原理基于声波在水中的传播特性。
声波在水中的传播受到水的密度、压力和温度等因素的影响，因此在设计水声通信系统时需要考虑这些因素对声波传播的影响。
此外，水中存在多径传播、多普勒效应等现象，这些都会对水声通信系统的设计和性能产生影响，需要进行合理的补偿和处理。
另外，水声通信的原理还涉及到声波的调制、解调和编解码技术。
在水声通信系统中，需要对声波信号进行调制，将数字信号转
换为声波信号进行传输，同时还需要对接收到的声波信号进行解调和解码，将声波信号转换为数字信号进行处理和分析。
因此，水声通信的原理还涉及到调制解调技术、编解码技术等方面的内容。
总之，水声通信是一种利用水介质传播声波进行通信的技术，其原理基于水中声波的传播特性，涉及到声波的调制、解调和编解码等技术。
在实际应用中，需要充分考虑水下环境的特点和影响因素，合理设计水声通信系统，以实现可靠的通信和数据传输。
水声通信技术的发展将为海洋科学研究、水下探测、海洋资源开发等领域带来更多的应用和发展机遇。
水声通信网络路由及MAC关键技术研究的开题报告
水声通信网络路由及MAC关键技术研究的开题报告一、研究背景和意义水声通信是一种在水下进行通信的技术，具有广泛的应用前景，如海底油气勘探、海洋环境监测、海洋科学研究等领域。
在实际应用中，由于水声通信网络受水下环境条件的影响，传输数据的带宽和传输距离均受到限制，因此需要对水声通信网络进行优化设计，以提高网络的性能。
其中，路由和MAC是水声通信网络中的关键技术，对网络的性能有着直接的影响。
因此，对水声通信网络路由及MAC关键技术进行研究有着重要的理论和实践意义。
二、研究内容本论文主要研究水声通信网络路由及MAC关键技术，具体研究内容如下：1. 水声信道特性分析首先，对水声信道的特性进行分析，包括传输损耗、多径效应、噪声和时变性等。
通过对水声信道特性的分析，可以更好地了解水声通信网络的性能局限性。
2. 水声通信网络路由算法设计其次，设计适用于水声通信网络的路由算法。
针对水声通信网络的特性，设计基于拓扑结构、节点能力等因素的路由算法，并考虑功率控制、路由优化等因素。
3. 水声通信网络MAC协议设计对水声通信网络的MAC协议进行设计，考虑多址访问、帧同步、信道接入等问题。
在设计MAC协议时，需要综合考虑水声信道的特性和网络结构的影响，以优化网络的性能。
4. 实验验证和性能评估通过仿真和实验验证，对所设计的路由和MAC算法进行性能评估和实验验证。
评估指标包括网络吞吐量、网络延迟、包丢失率等，并与已有的水声通信网络技术进行比较，以验证所设计算法的优越性。
三、研究方法和技术路线在实现上述研究内容时，将采用以下方法和技术路线：1. 数据收集与分析对水声信道的特性、水声通信网络的结构和性能等数据进行收集和分析，以获得数据的基础资料。
2. 设计路由和MAC算法根据水声通信网络的特性和要求，设计路由和MAC算法，并进行仿真验证。
3. 系统实现根据设计算法和仿真结果，进行系统实现和优化，并进行实验验证和性能评估。
四、预期研究结果及意义通过研究水声通信网络路由和MAC关键技术，可以得到以下预期结果：1. 提出一种适用于水声通信网络的路由算法，并对其进行仿真验证和实验验证。
基于水声通信的浮标网络路由协议的研究与实现
基于水声通信的浮标网络路由协议的研究与实现第一章研究背景和意义随着人类对海洋资源的开发和利用，海洋观测技术逐步成熟。
浮标作为海洋观测的重要工具之一，它可以在海面上测量海洋的水温、海面高度、风速等信息，并将这些数据传输到岸上。
但是，目前浮标网络中存在着一些问题，例如网络不稳定、数据传输速度慢等。
基于水声通信的浮标网络路由协议是一种新型的网络通信方式，它可以在无线电波无法传达的海底环境中进行数据传输。
该协议具有网络稳定性高、传输速度快等优点，因此具有较高的研究和实现价值。
第二章浮标网络路由协议原理及实现方法2.1 水声通信原理水声通信是一种利用声波在水中传递信息的通讯方式。
传输信息时，发射机将电脉冲信号转化为声波信号，通过水中的媒介传输到接收机，在接收机上将声波信号转化为电脉冲信号，实现数据的传输。
水声通信的传输距离和传输速率受到一定的限制，但在海洋环境中广泛应用。
2.2 浮标网络路由协议原理基于水声通信的浮标网络路由协议是一种分层的路由协议，由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
其中，物理层主要负责数据的传输，数据链路层主要负责信道的控制、错误检测和纠错等，网络层实现数据在不同节点间的转发，传输层为应用层提供可靠的数据报文传输服务。
该协议在传输数据时，将数据压缩成数据包，并通过物理层的声波传输到目标节点，接收端通过数据链路层对数据包进行重组，并分发给上层节点。
2.3 浮标网络路由协议实现方法基于水声通信的浮标网络路由协议的实现需要使用一些特定的硬件和软件工具。
硬件方面，需要使用水声通信设备、浮标节点、控制节点等设备；软件方面，需要利用现有的网络协议和算法，例如路由协议、数据压缩算法等。
在实现过程中，需要考虑多个因素，例如网络拓扑结构、节点间的距离、传输速率等，以保证网络的稳定性和数据传输的可靠性。
第三章实验过程和结果分析3.1 实验环境实验采用基于水声通信的浮标网络路由协议，使用三个浮标节点和一个控制节点搭建网络。
水声通信组网技术水声网络路由分解
2020/5/2
第五讲 水声网络路由
3
1.水声网络路由概述
2020/5/2
第五讲 水声网络路由
4
1.水声网络路由概述
水下通信网络是指将水下和水面结点如各种水下传感 器、水下航行器、水面浮标、水面船只舰艇等互联起 来的网络。通过该网络，其中的任意两个结点之间可 以随时进行信息交互。网络中结点可以移动，随时加 入或离开网络，网络不需要任何固定基础设置支持， 结点之间独立组网，这种网络又称为水下Ad Hoc网络， 或水下自组织网络。
• 缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模
2020/5/2
第五讲 水声网络路由
11
2 路由协议的分类 ——分级路由协议
• 网络由多个簇组成 • 结点分为两种类型：普通结点和簇头结点。 • 处于同一簇的簇头结点和普通结点共同维护所在
簇内部的路由信息，簇头结点负责所管辖簇的拓 扑信息的压缩和摘要处理，并与其它簇头结点交 换处理后的拓扑信息
2
1.水声网络路由概述
路由问题 • 解决网络中结点如何将分组从源结点正确的发送
到目的结点的问题 • 即结点如何对分组进行转发的问题 路由协议 • 路由算法：在获知网络拓扑和链路状态的条件下，
选择源结点到达目的结点的路径的法则。如最小 代价路由选择算法（代价可以为时延、距离、能 耗等） • 路由策略：解决路由的选择如何适应网络拓扑和 状态变化的问题
• 在一定程度上抑制了簇思想在自组织网中的研究
2020/5/2
第五讲 水声网络路由
13
2 路由协议的分类
• 按路由发现的策略划分，MANET路由协议可分为 三类：
– 主动路由协议（global/proactive routing protocol） – 被动路由协议(on-demand/reactive routing
水声通信组网技术水下信息网络概论剖析
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
2020/6/1
第一讲 序论
18
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 网络拓扑动态变化
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
设 设 设备
备备 备 光
基
移
站
动
交
传 输 终
基 站
换 设 备
端 设 备
本地 网
通信 卫星
光再 生中继设 备 (光 放大器 )
长途 网 移动 网
地 球 站数 微字 波多 设路 备设
备 光 传 输 终 端 设 备
长市 途内 交交 换换 设设 备备
移
基
动
站
交Байду номын сангаас
换 设 备
基 站
本地 网
2020/6/1
图 通第信一讲网序构论 成示意图
具备移动通信网络和计算机网络的特点
• 无中心网络的自组性
• 网络拓扑动态变化
• 自动最佳路由选择的多跳组网方式
• 可扩展性好
• 有限的无线传输带宽
• 移动终端的自主性
• 安全性差
• 存在单向的无线信道
• 生存时间短
2020/6/1
第一讲 序论
17
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 无中心网络的自组性
21
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 方便扩展
现代水声通信技术
水声通信网络节点模型
水声通信网络设计的目的在于为各网络节点间建立通信链路，并实现信息的 协调高效传输。 然而与受到水声信道环境的影响，水声通信网络具有其自身的一些特点，具 体来讲主要包含以下几个方面： 1、传输延迟限制 在水声信道中，信号的传播速度为1500m/s，其对应的传播延迟约0.67s/km， 相比于空中无线传输高出5个数量级，这将会导致整个网络系统的吞吐量受到严 重影响。 2、传输带宽限制 在水声信道中，信号带宽通常为1～10KHz量级，其对应的通信数据传输率通 常在100～1000bits/s量级，这使得水声通信网络的链路容量受到严重影响，远 低于空中无线网络的链路容量。 3、节点能量限制 水声通信网络中各传感器节点与无人航行器节点通常以电池供电，是一个能 源受限系统，为延长节点工作时间，必须尽可能减少通信数据重发次数，并进行 相应的能源管理。
物理层 物理层是网络协议的最低层，主要负责在发射端将 由0与1组成的逻辑信息转换为相应的通信信号，经过调 制后发射到水声信道中，而在接收端进行解调，进而采 用适当的处理算法对经过水声信道多径、多普勒效应以 及噪声环境影响的接收信号进行修复及检测，将其重新 还原成原始的逻辑信号。因此，物理层的主要设计目标 在于以相对低的能量消耗，克服信道畸变与干扰，获得 较大的链路容量。为了达到这个目标，必须适当的设定 系统的调制制式，同时采取一些关键的处理技术，如 RAKE接收、自适应均衡与多用户检测等，以提高通信传 输性能，降低系统误码率。
水声通信网络还存在隐蔽终端与暴露终端的问题。其中， 隐蔽终端是指当节点A向节点B发送报文时，由于节点C位于节 点B的覆盖范围之内而在节点A的覆盖范围之外，此时节点C将 可能因听不到节点A的发送而同样向节点B发送报文，造成报 文在节点B处冲突。相比而言，暴露终端是指当节点B向节点A 发送报文时，节点C处于节点B的覆盖范围之内而在A节点的覆 盖范围之外，它的发送实际上不会造成冲突，因此采用延迟 发送将引起不必要的延迟，降低信道的利用率。
水声综合通信网络关键技术的研究
水声综合通信网络关键技术的研究随着科技的不断发展，水声综合通信（AQUM）作为一种新兴的信息传输技术，开始受到越来越多的关注。
它使用水来创建和传输信息，是一种全新的信息传输技术，具有良好的特性、安全性和可靠性，且在安全性方面具有明显的优势。
因此，深入研究水声综合通信技术是当前通信领域的一项重要任务。
水声综合通信是指利用水中传播的声波来传输信息，它与传统的电磁波技术不同，因为水声波可以在水中传播更远、更安全，从而提高了信息传输的性能。
此外，比起电波，水声波辐射损耗小、通信距离远，这是水声综合信息通信成为可行的关键原因之一。
要研究水声综合通信技术，首先要了解其基本原理。
水声综合通信技术是利用高频水声波在水中传播的原理，以及水声波的物理规律来传输信息。
即在水中传播的水声波是由水体的声音及其会受到水流、温度、水质等外部条件影响而发生变化，当受到声波的入射时，由于水体对水声波的不同反射、吸收和散射，水体中的声波发生变化，从而形成一种共振模式。
其次，要考虑水声综合通信网络中关键技术的研究。
水声综合通信技术是一个复杂的系统，包括水声传感器、信号处理和传输等环节。
因此，要实现水声综合通信网络的高性能运行，需要研究关键技术，并构建一个安全可靠的水声综合通信网络。
首先是水声传感器技术。
水声传感器是水声综合通信系统中的核心设备，它将水传播的声波转换为信号，传递给后续的节点。
此外，需要考虑水声传感器的设计，即传感器的灵敏度、噪声抑制等。
其次是信号处理技术。
信号处理技术包括信号的检测、分类、检测和检测等，这些技术可以将水声信号转换成有用的信息，并进行进一步的处理。
一般来说，信号处理技术还包括加密/解密技术、同步技术和传输数据编码技术等。
最后是水声综合通信网络技术。
水声综合通信网络是一个复杂的系统，需要进行网络资源调度、信息传输和安全保护等多方面的运行管理。
水声综合通信网络技术还包括网络拓扑与分层技术、路由算法及网络管理等。
水声通信简介
水声通信简介水声通信简介我国最新型的水下滑翔机“海燕”日前完成了续航119天，航程2272.4公里、最大1040米潜深，刷新了国产水下滑翔机连续工作时间最长、测量坡面最多，续航里程最远等新纪录。
自主研发、拥有完全自主知识产权的“海燕”水下滑翔机，是我国“深渊科学”研究重要的无人无缆自主观测与探测装备之一。
以智慧海洋为代表的我国水声通信实测速率（在相同通信距离的前提下）比其它国家产品明显高出很多，另外在抗干扰、抗多径方面也体现出更优的稳定性。
在深潜器自主运行中起关键作用的核心技术——水声通信听起来非常神秘，尤其是该技术已经实现水下无线物联网的功能，让人急欲揭开其神秘面纱。
以智慧海洋为代表的我国水声通信实测速率比其它国家产品明显高出很多，另外在抗干扰、抗多径方面也体现出更优的稳定性。
国内商业应用还非常罕见记者：水下通信技术应用领域广泛，应用前景深远，能否介绍目前的应用情况，尤其是对国计民生产生影响的有哪些？A：水声通信是一项在水下通过声波作载体的信息传输技术，这里的信号发送接收“天线”一般称为水声换能器。
其基本工作原理是，水声通信设备首先将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号。
声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器，这时声信号又转换为电信号，解码器将数字信息破译后，电接收机才将信息变成声音、文字及图片。
水下通信非常困难，这是个困扰世界科学家的难题，主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频宽窄、信号衰减严重，特别是在长距离传输中。
水下通信相比有线通信来说速率非常低，因为水下通信采用的是声波而非无线电波。
目前水声通信技术已发展到网络化的阶段，将无线电中的网络技术应用到水声通信网络中，可以在海洋里实现全方位、立体化通信，可以与自主水下机器人（AUV）、无人潜器（UUV）等无人设备结合使用。
但目前全球只有很少数机构能够真正做到产品化与商用化。
水声通信网络中的信道分析与优化
水声通信网络中的信道分析与优化随着人类社会的发展和科技的进步，我们对于海洋的领域也越来越关注。
而通信技术的进步正是推进人类了解和利用海洋的重要推动力之一。
而在水下通信技术中，水声通信技术研究得到越来越广泛的关注和应用。
水声通信技术以声波作为传输介质，具有频谱范围宽广、信道复杂、瓶颈问题等特点。
为了解决水声通信技术中的信号传输和传输率低、错误率高的问题，需要对水声通信网络中的信道进行分析和优化。
水声通信网络中的信道分析与优化是要对水声通信技术进行研究和改进首先需要解决的问题。
一、水声通信信道的分析1.水声通信信道的特点水声通信信道具有复杂性、无线穿透性和信道衰减。
在水声通信信道中，水流、海底反射、散射和吸收等因素会对信号进行干扰影响，从而降低信号的传递和传输效率，增加了信道传输的难度和复杂度。
所以，具有适应水声通信信道的特殊技术方案的研究和应用显得尤为重要。
2.信道传输的分析对于水声通信网络中的信道进行分析，需要从信道传输的角度出发，首先分析信道的输入输出特性。
水声信道的输入输出主要是声信号在传输过程中所受到的衰减、多径效应和频散效应等影响，它们都是造成期望信号与噪声信号混杂在一起的原因。
其中最主要的干扰是由多径效应引起的。
在水声信道中，由于水声波相对于电磁波来说速度较慢，故水声波在传输过程中会产生多次反射、折射和散射，从而在接收端叠加形成多径效应，影响传输速率和传输质量。
3.信道建模的分析对于水声通信网络中的信道进行分析，信道建模是不可避免的一个关键问题。
建立完整的信道模型可以更加直观地解释信道内的传输机理，促使人们深入地了解信道内的各种特性和现象，从而更有效地进行信道预测和信号优化。
常用的建模方法有多径分离法、主成分分析法、小波分析法等。
其中，多径分离法在信道建模中使用最广泛，可以适应不同的多径信道模型，提取多径信息并分离出多径衰落信道，具有高精度和可靠性的优点。
二、水声通信信道的优化1.信号处理的优化在信号处理方面，降低信噪比是提高水声通信信道传输质量的关键。
水声通信网络路由协议研究综述
献［ ２ ］ 提 出一种先 验 式水声 网络 路 由协议 （ 如图 ｌ 所 示） 。在 路 由初 始化 阶段 ，主节 点 （ 网关 浮标节 点 ） 广 播路 由探查 信 号 ，第 一 次收到 探查 信号 的节 点将 自己的地 址 识别 号 （ Ｉ Ｄ）添 加到 探查 信号 内后 继续 广 播 ，当网络 最外 围的节 点收 到探 查信 号后 ，一个 应 答信 号被 原路返 回到 主节 点 ，这样 一颗 根节 点为
利用 固定 节点对 Ｉ 兀 Ⅳ 定位 、分簇 网络等 多种 功 能 ， 在基 于卫 星浮标 的远 海观 测 网、港 口近 岸 的水下 侦
度优 先 ” 两 种路 由搜 索机 制在 ２ ０ ０ ８年 Ｓ ｅ ａ ｗｅ ｂ海试 中得 到 了测试 ，成功 建立 起水 下 １ ９ 个节 点 与海面 网关 节 点之 间 的路 由。
４７
主节点的路 由树被建立起来。这是一种依靠主节点
高涌 等 ： 水声通 信 网络路 由协议 研 究 综述
节点 只 计算 一 个虚 拟 “ 僻道 ” ，这在 节 点 常 稀疏 的情况 卜，虚拟 “ 管道 ”内的节 点 町能 很少 ，数据 包 被 成功转 发到 目的节点 的概 率就会 很低 ：问题 是 Ｖ Ｂ Ｆ 协 议对 虚拟 “ 符道 ”的 、 径 很敏 感 ，实 际 应用ｒ ｝ ， 很难确 定 “ 管道 ”的 、 。作 者捉 Ｈ Ｉ＿ 中 根 据邻 节 点和 Ｈ的节 点位 逐跳 建 虚拟 “ 竹道 ”的
当前存 在三 种主 要 的应 用 架构 ：二维静 态 网络 、三
图 １拓扑发现过程
文献 ［ ５ ］ 提 出一 种基 于 路 由矢量 的数 据 转发 协
议 （ Ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ，ＶＢ Ｆ ） ，这 是一 种基 于
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
7
1.水声网络路由概述 ——Ad Hoc网络路由
网络拓扑动态变化的特性使得传统的有线网路由 协议产生大量的控制信息。不仅会消耗掉原本非 常有限的带宽资源，而且还会增加信道竞争，大 量消耗便携终端的能量。
可以通过无线声链路构成任意拓扑 这种网络建立快捷、灵活 可广泛应用于水下军事防御、海洋环境监测和保护、
海洋地质灾害预报、矿产资源勘探等场合
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
5
Seaweb 2005 UUV Experiments Monterey Bay, May 9-11, July 20-22
2
1.水声网络路由概述
路由问题 • 解决网络中结点如何将分组从源结点正确的发送
到目的结点的问题 • 即结点如何对分组进行转发的问题 路由协议 • 路由算法：在获知网络拓扑和链路状态的条件下，
选择源结点到达目的结点的路径的法则。如最小 代价路由选择算法（代价可以为时延、距离、能 耗等） • 路由策略：解决路由的选择如何适应网络拓扑和 状态变化的问题
1
第五讲 水声网络路由
3. 三种典型的路由协议
DSR (Dynamic Source Routing) AODV (Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing) OLSR (Optimized Link State Routing)
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
• 优点：不存在特殊结点，路由协议的鲁棒性较好， 通信流量平均的分散在网络中，不需要结点移动 性管理
• 缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
11
2 路由协议的分类 ——分级路由协议
• 网络由多个簇组成 • 结点分为两种类型：普通结点和簇头结点。 • 处于同一簇的簇头结点和普通结点共同维护所在
Iridium satellite constellation
GPS satellite constellation
Racom buoy gateway node
Shipboard command center
ARIES UUV
NPS
2020/4/12
SLOCUM UUV
第六讲 水下通信网络的路由机制
➢ (1) 动态变化的网络拓扑，使得常规路由协议 需要花费很长的时间和较大的代价才能达到 收敛状态
➢ (2) 有限的传输带宽 ➢ (3) 结点能耗受限 Ad Hoc网络路由协议应具备： ① 强的自适应性 ② 开销小 ③ 算法简单有效 ④ 并应考虑如何节省能源等
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
簇内部的路由信息，簇头结点负责所管辖簇的拓 扑信息的压缩和摘要处理，并与其它簇头结点交 换处理后的拓扑信息
– 优点：适合大规模的自组织环境，可扩展性较好； – 缺点：簇头结点的可靠性和稳定性对全网性能影响较
大，支持结点在不同簇之间漫游产生一定的开销
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
12
• 按路由信息的存放方式分类 ：源路由（source routing） 逐跳路由(hop-by-hop)
• 按是否依赖定位分类：基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
10
2 路由协议的分类 ——平面路由协议
• 所有结点在形成和维护路由信息的责任上是等同 的。路由协议的逻辑视图是平面结构，结点的地 位是平等的。
第五讲 水声网络路由
1. 水声网络路由概述 2. 路由协议的分类
按路由结构分类：
平面路由协议 分级的路由协议
按路由发现策略分类：
主动路由协议 被动路由协议 混合路由协议
按路由信息的存放方式分类 ：源逐路跳由路由
按是否依赖定位分类：
基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
• 已提出的自组织网路由协议大多是基于平面路由 思想
• 自组织网目前主要以一种末端网络形式存在，应 用规模都较小，使用簇思想的作用不明显
• 在一定程度上抑制了簇思想在自组织网中的研究
2020/4/12
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
3
1.水声网络路由概述
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
4
1.水声网络路由概述
水下通信网络是指将水下和水面结点如各种水下传感 器、水下航行器、水面浮标、水面船只舰艇等互联起 来的网络。通过该网络，其中的任意两个结点之间可 以随时进行信息交互。网络中结点可以移动，随时加 入或离开网络，网络不需要任何固定基础设置支持， 结点之间独立组网，这种网络又称为水下Ad Hoc网络， 或水下自组织网络。
网络结构与现有蜂窝网和无线局域网的显著区别， 使得这些无线网络的路由协议也无法应用于Ad Hoc网络中
因此，现有的有线和无线路由协议都不适合在 Ad Hoc网络中运行，要针对Ad Hoc网络的特性对 其路由协议设计。
2020/4/12
第六讲 水下通信网络的路由机制
8
1.水声网络路由概述
——网络特性为路由协议的设计提出了新的问题和挑战
constellation of 6 Seaweb repeater nodes
fixed on seabed
6
1.水声网络路由概述
——水下通信网络的特点
独立组网：Ad Hoc特性 无中心：组网无需任何预先架设的网络设施或中
心结点
动态拓扑：结点移动，结点加入与离开 多跳路由：源与目的之间由多段声链路组成，结
9
2 路由协议的分类
• 按路由结构分类：平面(flat)路由协议 分级(cluster-based)的路由协议
• 按路由发现策略分类： 主动路由协议（global/proactive routing protocol） 被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol) 混合路由协议(hybrid routing protocol)