水下无线传感网
光纤传感网络在海底环境监测中的应用
光纤传感网络在海底环境监测中的应用随着科技的发展和人们对海洋生态环境的日益关注，海洋环境监测成为了当下热门的话题之一。
而光纤传感网络作为一项新兴技术，其在海底环境监测中的应用受到了越来越多的关注。
本文将从光纤传感网络的基本原理、在海底环境监测中的应用、优势和存在的问题等多个方面进行探讨。
一、光纤传感网络的基本原理光纤传感网络是基于光纤传输信号的传感器网络系统。
它通过光纤对环境物理量的感应和传输，实现对环境参数的监测和智能分析。
其基本原理可以归结为两点：一是基于光波信号的传输，通过设备的接口将光波传输至光纤信号传输的网络中，二是对传输信号进行数字信号处理的分析。
在光纤传感网络中，传感头具有检测环境信号的作用。
当环境条件改变时，传感头会接收到相应的变化信号，并将信号传输至接口设备中。
此时，光纤辐射能够捕获和传输到传感头，将光信号转换成电信号，实现对物理量的监测和分析。
光纤传感网络与传统的监测设备相比，具有测量精度高、响应速度快等优点，使其在海底环境监测中得到广泛的应用。
二、光纤传感网络在海底环境监测中的应用1.海洋温度监测海洋作为地球上最大的生态系统之一，温度是影响海洋环境的重要因素之一。
过高或过低的水温都会影响海洋中的动植物、海洋循环、物理化学过程等，导致生态系统被破坏。
光纤传感网络可以通过温度探头，对海洋中的温度值进行监测和分析，及时发现异常现象。
2.海水深度和压强监测海洋中水深、水压等参数不仅对海洋动物的生存繁衍有着重要的影响，也是海洋环境监测中比较重要的参数之一。
为了对海洋深度和压强进行监测，光纤传感网络可以利用传感头对海底下的在线深度和压强进行实时测量，提前掌握相关信息，为海洋工程建设、资源勘探等提供支持。
3.海底地质监测海底地质是海洋中不可忽视的一部分。
由于海底环境的复杂性，传统的海底地质勘测存在着较大的时间和成本压力。
利用光纤传感网络对海底地质进行监测，可以实现投资成本的有效控制，提高工作效率，让人们对海底地质变化有更加明确的认识，为深海矿产资源的开发提供可靠数据。
水下无线传感网络和通信技术研究
水下无线传感网络和通信技术研究随着人类对深海资源开发和海洋环境监控的需求不断增加，水下无线传感网络（Underwater Wireless Sensor Networks, UWSN）的研究日益受到关注。
水下无线传感网络是指将各种传感器分布于水下环境中，在水下进行监测、采集、传输及处理信息的网络系统。
而通信技术则是水下无线传感网络实现的关键技术之一。
本文将介绍水下无线传感网络和通信技术的研究现状、挑战及未来发展方向。
一、水下无线传感网络研究现状水下无线传感网络的研究可以追溯到20世纪80年代初期。
90年代末，水下传感技术得到了迅速发展，近年来，水下无线传感网络技术实现了快速的发展，普及了无线通信、数据库、智能算法等领域的技术的大力应用。
目前，已有众多国际学术期刊发表了大量水下无线传感网络的研究成果，一些国内外高校也开展了相关课程的教学和学术研究。
目前，水下无线传感网络已被广泛应用于海洋环境研究、海底资源勘探、海洋通信等领域。
例如，美国宾州大学利用水下无线传感网络建立了海水温度监测系统。
基于这一系统，科研人员可以及时监测到海水的温度变化，并根据这些数据预防海洋发生水温异常事件。
另外，还有利用水下无线传感网络实现的深海传感器节点控制技术、海洋生态系统监测技术等等。
二、水下无线传感网络通信技术的研究现状要完成水下无线传感网络中节点之间的通信，需要解决传输介质（水）的复杂性、水下信道的特殊性、信号被海水吸收等问题。
目前，水下无线传感网络的通信技术主要有电磁波、声波、光波三种，其中声波通信技术应用最为广泛。
目前，水下无线传感网络通信技术的研究主要集中在以下方面：1、水下无线传感网络通信理论的研究水下无线传感网络通信理论主要包括水下信道建模、干扰与衰落、接收信号检测等问题。
在研究水下无线通信的基础上，开发设计适用于水下无线传感网络通信的调制解调器、编码解码器、多址技术等技术。
2、水下无线传感网络通信标准的研究为了提升水下无线传感网络的互操作性、可扩展性，制定了水下无线传感网络通信标准。
【2015-12】水下传感器网络综述
1水声通信由于声音（Acoustic）在水中的衰减低，声波通信成为在水下环境中最通用和应用最广泛的技术，尤其是在热稳定的深水区域。
声波通信的主要限制因素是浅水区域中的温度梯度差异、海面噪声和反射折射引起的多径传播；次要的限制因素是水中声速（约为1500米/秒）慢，也限制了其通信效率。
所以，水声通信受到严重的带宽限制和干扰限制，难以实现短距离、高带宽通信。
综观整个水声通信的发展历程，就是不断地与这些干扰相抗争的过程。
例如：根据不同的干扰特点，选择抗干扰能力强的编（解）码方法和调制方式；采用各种抑制干扰的技术；采用分集的办法来抵抗衰落；采用均衡技术抵消信道缺陷引起的畸变；采用自适应技术来适应信道特性的变化以及增加功率等。
水声通信在几KHz到几十KHz的带宽下，可以实现1-2000公里距离的通信，在小于1公里范围的短距离通信中，水声通信在几十KHz带宽下，数据传输速率可达100kbps，带宽效率可达几个bits/sec/Hz。
2水下无线通信网络安全关键技术研究研制低成本、高能效、高可靠性、高安全性的水下无线通信网络对于海洋环境监控、海洋资源开发等研究领域具有重要的理论意义和经济价值。
由于受自身特性限制和水声通信环境制约，水下无线通信网络面临各种威胁和攻击，然而现有的水下通信研究多以节省能耗、延长网络寿命为出发点，忽视了潜在的安全问题。
因此，研究现有水下无线通信技术存在的安全隐患，针对其面临的安全威胁和安全需求，设计适用于水下无线通信网络的安全技术和安全体系，具有重要的意义。
本文对水下无线通信网络的若干安全关键技术进行了研究，并提出了一种适用于水下无线通信网络的安全体系。
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)最早可以追溯到20 世纪末，它以其低成本、低能耗、自组织和分布式的特点为网络带来了一场信息感知的变革。
无线传感器网络在城市管理、环境监测、军事国防、生物医疗等领域都表现出了很好的应用前景。
工程勘察船的水下无线传感网络技术
工程勘察船的水下无线传感网络技术随着海洋资源的逐步开发和利用，工程勘察船在海洋勘察、石油勘探、港口建设等领域扮演着重要角色。
在进行海底勘测和数据采集的过程中，水下无线传感网络技术的应用可以极大地提高工程勘察船的效率和准确性。
水下无线传感网络技术是指通过水下传感器节点和水下通信设备构建的一种无线传感网络系统。
该技术可以实现对水下环境的实时监测、传感器节点之间的数据传输和协调控制。
对于工程勘察船来说，水下无线传感网络技术的应用具有以下几个方面的优势：首先，水下无线传感网络技术可以提高工程勘察船的勘测效率。
传统的水下勘测工作通常需要人工潜入水下进行操作，存在危险性和效率低下的问题。
而水下无线传感网络技术可以实现远程无线监测和控制，减少人工干预，提高勘测效率。
通过部署水下传感器节点，工程勘察船可以实时获取水下环境的温度、盐度、流速、浊度等数据信息，为勘测工作提供更准确的参考。
其次，水下无线传感网络技术可以提高工程勘察船的数据采集精度。
传统的勘测数据采集需要通过潜水员手动搜集数据，存在人为误差和数据不准确的问题。
而水下无线传感网络技术可以实现对多个水下传感器节点的数据同时采集和处理，减少了人为干扰和误差，提高了数据采集的准确性。
此外，水下传感器节点可以通过互相通信和协调，实现数据的自动校正和补偿，进一步提高数据采集的精度和可靠性。
此外，水下无线传感网络技术可以提高工程勘察船的实时监测能力。
在海洋工程勘察和建设过程中，对海洋环境的实时监测是十分重要的。
传统的监测方法往往存在采样周期长、数据更新慢的问题，无法及时获取最新的数据信息。
而水下无线传感网络技术可以实现对水下环境的实时监测，并通过无线通信将数据传输至工程勘察船舰上。
工程勘察船可以随时通过监测系统获取当前海洋环境的数据变化情况，及时掌握海洋工程的动态，做出相应的调整和决策。
最后，水下无线传感网络技术还可以提高工程勘察船的安全性和可靠性。
海洋工程勘察和建设常常面临恶劣的海洋环境和复杂的海底地理条件，存在一定的安全风险。
无线传感器网络在水产养殖中的作用与前景
无线传感器网络在水产养殖中的作用与前景随着科技的不断发展，无线传感器网络在各个领域中的应用越来越广泛。
其中，在水产养殖领域，无线传感器网络的作用不可忽视。
本文将探讨无线传感器网络在水产养殖中的作用与前景。
一、无线传感器网络的概念与特点无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都具有感知、处理和通信能力。
这些节点通过无线通信协议相互连接，形成一个覆盖范围广泛的网络。
无线传感器网络具有自组织、自适应、自修复等特点，能够实时监测和采集环境中的各种信息。
二、无线传感器网络在水产养殖中的作用1. 环境监测与控制无线传感器网络可以实时监测水产养殖环境中的温度、湿度、氧气含量等参数。
通过无线传感器网络的数据采集和传输功能，养殖人员可以及时掌握水质情况，对环境进行调控。
例如，当水质中的氧气含量过低时，传感器节点会自动发送警报，提醒养殖人员采取相应的措施，保证水产的生长和健康。
2. 病害预警与诊断水产养殖中常常会出现疾病传播的情况，这对养殖业来说是一个巨大的挑战。
无线传感器网络可以通过监测水产养殖环境中的微生物、水质等指标，实现对病害的预警和诊断。
当传感器节点检测到异常情况时，系统会自动发出警报，提醒养殖人员及时采取措施，避免疾病的扩散。
3. 养殖管理与优化无线传感器网络可以帮助养殖人员实现对养殖过程的全面监控和管理。
通过监测水产养殖环境中的温度、湿度、光照等参数，养殖人员可以对养殖条件进行调整和优化，提高水产的产量和质量。
同时，无线传感器网络还可以实现对养殖设备和设施的远程监控，及时发现故障并进行维修，提高养殖效率。
三、无线传感器网络在水产养殖中的前景无线传感器网络在水产养殖中的应用前景广阔。
首先，随着无线传感器网络技术的不断发展，传感器节点的成本不断降低，使得无线传感器网络在水产养殖领域的应用更加普及。
其次，无线传感器网络可以实现对养殖环境的实时监测和控制，提高养殖效率和生产质量。
再次，无线传感器网络可以帮助养殖人员提前预警和诊断病害，减少损失。
水下传感器网络技术研究及应用
水下传感器网络技术研究及应用近年来，随着现代科技的不断发展，水下传感器网络技术已经得到广泛的应用。
这种技术可以有效地用于海洋探测、石油勘探、水下防御等多个领域，因此备受各方关注。
在本文中，我们将探讨水下传感器网络技术的研究及应用。
一、水下传感器网络技术简介水下传感器网络是一种由多个装载传感器和节点的无线网络连接组成的系统。
通过这种系统，可以在海洋中实时监测水下环境的变化，以及进行海底勘探和资源探测等工作。
这种技术可以通过多种方式实现，包括声波、电磁、光学等。
其中，声波是目前应用最为广泛的传感器网络技术。
由于水下环境特殊，水下传感器网络中的节点必须能够保持稳定，以便进行有效的通信。
同时，节点间的信号传输距离也必须受到限制，以免信号过于受限。
此外，由于水下环境对信号深度、温度、盐度等有很大的影响，因此传感器节点的位置和数量也必须得到精确计算。
二、水下传感器网络的应用领域水下传感器网络技术可以在很多领域得到应用。
以下是其中的几个例子：1. 海洋探测：通过水下传感器网络，可以检测海洋中的水质变化、气候变化等情况。
2. 石油勘探：利用传感器节点探测水下沉积物、油藏和天然气等。
3. 水下防御：水下通信和水声传感器技术可应用于水下匿踪、敌方舰艇的追踪和战术侦察等。
4. 海洋资源探测：通过传感器网络，可以检测海底矿物、海洋资源等。
5. 水下文物修复：借助传感器网络技术，可以定位沉船文物及其附属物。
三、水下传感器网络的应用案例1. 海底探测：美国国家海洋和大气管理局利用传感器网络，成功探测到了位于北极的一艘失事船只，保护了极地环境。
2. 水下视频监控：美国海军利用水下传感器网络技术，进行水下视频监控，并成功远程监视人员及设备状态。
3. 水声通信：美国海军及德国官方机构广泛使用水声通信，实现水下无线通讯。
四、水下传感器网络技术的发展前景水下传感器网络技术应用前景广阔，这种新型的技术已经开始应用于日常生产、科研和军事领域。
水下无线传感网讲解
水下无线传感器网络摘要：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。
关键词：水下无线传感器网络；能量；定位1．引言水下无线传感器网络是使用飞行器、潜艇或水面舰将大量的(数量从几百到几千个)廉价微型传感器节点随机布放到感兴趣水域，节点通过水声无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给接收者。
近年来，水下无线传感器网络技术在国内外受到普遍关注，正在被广泛用于海洋数据采集，污染预测，远洋开采，海难避免，海洋监测等。
水下无线传感器网络具有传统传感器技术无法比拟的优点[1]：传感器网络是由密集型、成本低、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃；分布节点的多角度和多方位的信息融合可以提高数据收集效率并获得更准确的信息；传感网络使用与目标近距离的传感器节点，从而提高了接收信号的信噪比，因此能提高系统的检测性能；节点中多种传感器的混合应用使搜集到的信息更加全面地反映目标的特征，有利于提高系统定位跟踪的性能；传感器网络扩展了系统的空间和时间的覆盖能力；借助于个别具有移动能力的节点对网络的拓扑结构的调整能力可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。
因此，传感器网络能够应用于恶劣的战场环境。
在军事领域，通过多传感器系统的密切协调，形成空-舰-陆基传感器构成的多传感器互补监视网络，对目标进行捕获、跟踪和识别。
水下无线传感器网络由于其应用环境的特殊性，要考虑海水盐度、压力、洋流运动、海洋生物、声波衰减等对传感器网络的影响，使水下无线传感器网络的设计比陆地无线传感器网络更难，对硬件的要求更高。
美国水下传感器网络
美国水下传感器网络美国海军于1997年提出“网络中心战” 概念后，在国防部骨干路由器网的支持下，以协同作战能力网络为主体，为实现对地面、空中、太空、水面通信平台的全球点对点链接，建立起实施网络中心战的联合传感器网络，可以对陆海空实施广泛而连续的监视。
由于水下通信节点的缺失，这个强大的立体信息网无法为美国海军提供监视水下目标的能力，因而建立海底传感器网络，完备联合传感器网络功能成为关注的焦点。
为了弥补这一缺憾，增强海洋数据收集和水下预警能力，美国海军自1998年起持续开展了广域“海网”(Seaweb)的海底水声通信网络试验，很快证实了利用声学进行水下组网的可行性，并衍生出一系列水声网络计划和应用，展现了水声网络应用的广阔前景。
一、发展背景水下传感器网络是由布放在海底、海中的传感器节点和海面浮标节点以及它们之间的双向声链路组成的分布式、多节点、大面积覆盖水下三维区域，可以对信息进行采集、处理、分类和压缩，并可以通过水下通信网节点以中继方式回传到陆基或海基的信息控制中心的综合系统。
美国是最早开展水下传感器网络研究的国家，在最近二三十年里取得了长足的进步。
美国海军大力开展水下无线网络通信能力建设，有着深刻的历史背景和紧迫的现实需要。
濒海作战需求是水下传感器网络发展的根本动力。
20世纪90年代以来，在“由海向陆”等国防部战略方针的指引下，美国海军的战略重点逐渐由深海向浅海转移，并制定了深化这一战略的《21世纪海上力量》和《海军转型规划纲要》，提出建设水下传感系统，打造海军“军队网络”的水下网络，发展“由海底到太空”的网络联通能力，从而实现对濒海战场环境及时和准确的认知。
美国海军现有水下侦测能力的不足是水下传感器网络发展的现实因素。
由于缺乏有效监视水下目标的能力，特别是面对濒海作战的探潜、反潜和猎雷需求，美国海军必然要增加水下探测距离和分辨率，提高水下战场信息控制能力，扩大水声预警探测范围。
为此，美国海军大力发展水下传感器网络，将之作为防御战场和安全屏障，保卫美国的领海安全、海军部队和海上力量。
水下传感网络拓扑部署
水下传感网络拓扑部署摘要:水下传感网络在进行水下状态监控与数据探测的过程中,需要根据不同的对象有着相应拓扑要求,本文介绍在静态下的二维结构、三维结构及混合结构的部署及移动漂移情况下的部署结构,详细描述了当前研究中相关的部署特点,并详细阐述了各个拓扑部署结构的优缺点及部署场景。
关键词:水下传感网络拓扑部署移动水下传感网络是利用声信号建立起来的无线自组织网络,它一般是使用飞行器、潜艇或水面舰艇将大量廉价的微型传感器节点随机布放在海底或海中指定的感兴趣水域,节点通过水声无线通信形成的一个多跳的自组织、分布式、多节点、大面积覆盖的水下网络,协作对信息进行采集、处理、分类和压缩,并可通过水声传感网络节点直接或中继方式发送到陆基或船基的信息控制中心的综合网络系统。
这样建立起来的交互式网络环境中,岸上的用户能够实时地存取水下传感器节点的数据,并把控制信息传送给水下传感节点。
水下传感网络被认为具有广泛的应用前景,如实时或者延时的空间连续水生监控系统在海洋学资料收集,水生环境监控,海洋科学考察,水下考古探险和近海岸保护,污染监控,海上勘探,地震图像传输、海洋环境检测、灾难预防和辅助导航等领域的应用有着极为重要的价值[1,2]。
网络拓扑在网络能耗、网络容量和可靠性等方面起着决定性因素,相比较于陆基无线传感网络,水下传感网络由于其粗糙的水环境、有限带宽、高可变的传播延迟、高错误率、多径与衰减引起的链路临时性丢失等,因此水下传感网络拓扑尽可能的优化,以满足水下环境的特殊需要。
水下传感网络的体系结构是一个很重要的研究领域,目前的研究主要有以下几个方面。
1 静态体系结构(1)二维结构:二维体系结构的水下传感网络主要是指在水下同一深度或接近同一水平面的传感节点所形成的网络,每个传感节点被固定在一定的物体上使其无法漂移,从而保持整个网络节点相对的固定;它主要检测某一特定水平面区域的环境特征,节点自组成簇,节点采集的信息直接或多跳地传给族首,通过簇首传送给水面中继站或船基接收站,然后与岸基接收站通信,到达数据处理中心,其拓扑结构与地面无线传感网络相似[3],如图1左图。
面向海洋监测的无线传感器网络设计
面向海洋监测的无线传感器网络设计无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点构成的自组织网络。
它们可以收集环境中的各种数据，例如温度、湿度、光照、声音等，并将这些数据通过网络传输到监测中心。
面向海洋监测的无线传感器网络设计是针对海洋环境的特殊需求进行的一种网络设计。
在面向海洋监测的无线传感器网络设计中，有几个关键的技术问题需要考虑。
首先是无线传感器节点的布局。
由于海洋环境广阔复杂，常常需要大量的无线传感器节点来覆盖一个较大的海域。
因此，在设计网络时需要合理布局传感器节点，以保证监测的全面性和准确性。
其次是无线传感器网络的能量管理。
由于传感器节点通常是由电池供电，因此能量是一个关键问题。
在海洋环境中，传感器节点通常难以更换电池，因此需要设计低功耗的传感器节点，以延长其使用寿命。
同时，还需要考虑能量传输和能量回收等技术，以保证网络的持续运行。
另一个重要问题是网络通信的可靠性。
在海洋环境中，由于水中的传播特性和天气条件的不可预测性，网络通信常常受到很大的干扰。
为了保证数据的可靠传输，可以采用多跳通信和数据重传等机制。
此外，还可以采用自适应调制和编码技术，以提高信号的抗干扰能力和传输效率。
此外，还需要考虑网络的安全性。
面向海洋监测的无线传感器网络通常需要传输一些敏感数据，例如海洋温度、水质等信息。
为了保证数据的安全性和完整性，可以采用加密技术和身份认证等手段。
同时，还需要设计安全的传输协议和机制，以防止网络被攻击和干扰。
最后，还需要考虑数据处理和存储的问题。
海洋监测通常需要收集大量的数据，因此需要设计高效的数据处理和存储机制。
可以采用数据压缩和数据聚集等技术，以降低数据传输的负载和能耗。
同时，还需要设计高可靠性的数据存储系统，以保证数据的长期保存和可查询性。
总之，面向海洋监测的无线传感器网络设计是一项复杂而关键的任务，需要综合考虑多个技术问题。
用于水下传感器网络的无线光通信研究概况
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传 感 器 世 界 ２ １ ．３ ０１ ０
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可对海底 的环 境参数 （ 如海 洋微 生物 、微 弱地震、地壳变形
等 ）进 行 长 期 观 察 ， 从 而研 究 整 个海 洋 从 海 底 到 海 面 的 环 境 变 化 ， 帮助 人 们更 好 地 保 护 海 洋 。 ２０ ０ ５年 ，澳 大 利 亚 国 防 部 资 助 的 研 究 项 目 采 用 可 见 光 Ｊ Ｌ Ｄ 实现 了 ２ 内 ５ｋ ｐ 的 无 误 码 数 据 通 信 。 Ｗｏ ｄ ｌ Ｅ ｍ ７ｂ ｓ 和 ｏｓ ｅ Ｈｏ
２０ ０ ５年 ， 省 理 工 大 学 的 Ｉｌ ａｉ ｓｕ ｅｇ等 人 【将 水 麻 ｕｉ Ｖ ｓｅｃ ｄｎ ｕ ｌ ］ 下 可 见 光 通 信 应 用 于 水 下传 感 器 网 络 ， 利 用 水 下 光 链 接 实 现 Ａ ＵＶ 对 水 下 传 感 器 的 识 别 、 位 以及 数 据 获取 ，通 信 速 率 达 定 到 ５２ｂｓ １ｋ ｐ 。该 研 究 小 组 在 ２ ０ 研 制 出两 套 小 型 、轻 便 、 ０９年 廉 价 、 易 于 操 作 的 实 验 样 机 （ ７ ，分 别 用 于 短 距 离通 信 图 ） （～ ｍ）和较 长距 离 （ 几 米 ）通 信 ，通 信 速 率 都 能 达 到 约 １５ 十
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另 外 ，对 于 水 下 传 感 器
这 样 的 小 型 设 备 ， 用 声 纳 进 行 通 信 似 乎 显 得 太 笨 重 ，而 且 加 重 了 能 耗 。其 它 大 部 分传 统 的 空 中无 线 通 信 技 术
水下无线传感器网络的研究进展
研究成果
水下无线传感器网络的研究成果已广泛应用于水下环境监测、深海探测、军 事领域等方面。
在水下环境监测方面，水下无线传感器网络可以实现对海洋环境参数的实时 监测和数据传输，为海洋科学研究提供重要的数据支持。例如，美国伍兹霍尔海 洋研究所部署了一套水下无线传感器网络，用于监测马尾藻海的环境参数，为研 究全球气候变化提供了重要数据。
研究现状
水下无线传感器网络是一种特殊的无线传感器网络，其节点被部署在海洋环 境中，通过无线通信方式形成一个自组织的网络系统。近年来，水下无线传感器 网络的研究取得了一系列成果，包括优化能效、提高网络寿命、增强数据融合等 方面。然而，仍存在一些问题，如节点部署困难、能量受限、信号传播距离短等， 这些问题制约了水下无线传感器网络的发展和应用。
水下无线传感器网络的研究进 展
01 引言
03 研究方法 05 结论
目录
02 研究现状 04 研究成果
引言
随着海洋探测和监测需求的不断增长，水下无线传感器网络（UWSN）已成为 研究的热点领域。水下无线传感器网络能够在水下环境中实现对各种参数（如温 度、压力、生物量等）的实时监测和数据传输，为海洋科学研究、水下考古、海 底资源开发等领域提供了强有力的技术支持。本次演示将介绍水下无线传感器网 络的研究现状、研究方法及成果，并探讨未来的研究方向和重点。
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研究方法
水下无线传感器网络的研究方法主要包括建模、仿真和实验。建模方法通过 数学模型对网络性能进行预测和评估，仿真方法利用计算机模拟网络运行情况， 实验方法则通过实际的水下环境试验来验证网络性能。这些方法各有优劣，适用 范围也不尽相同。
建模方法可以用来研究网络的拓扑结构、路由协议和数据传输机制等方面的 问题。通过建立数学模型，可以对网络性能进行定量分析和预测，从而为网络的 优化设计和协议参数的选取提供理论支持。然而，建模方法通常需要一些假设条 件，且在复杂的水下环境中进行精确建模比较困难。
水下传感器网络的设计与应用
水下传感器网络的设计与应用在当今科技飞速发展的时代，水下传感器网络作为一种新兴的技术手段，正逐渐在多个领域展现出其重要的应用价值。
无论是海洋科学研究、水下资源勘探，还是海洋环境监测和国防安全等方面，水下传感器网络都发挥着不可或缺的作用。
水下传感器网络，简单来说，就是由多个部署在水下的传感器节点组成的网络系统。
这些传感器节点能够感知、采集和传输水下环境中的各种信息，如水温、水压、水流速度、水质以及水下物体的运动等。
要设计一个高效可靠的水下传感器网络，可不是一件容易的事情。
首先得考虑传感器节点的硬件设计。
由于水下环境的特殊性，这些节点必须具备良好的防水、抗压和耐腐蚀性能。
同时，为了保证长时间的稳定工作，它们还需要具备低功耗的特点，毕竟在水下更换电池或者进行能源补给可不是一件轻松的事儿。
在能源供应方面，太阳能在水下可没法使用，所以一般会采用电池供电或者利用海洋中的能量，比如潮汐能、温差能等。
但这些能源的获取和转化技术目前还存在一定的挑战，需要不断地研究和改进。
通信问题也是水下传感器网络设计中的一个关键难题。
在水下，电磁波的传播受到很大的限制，而声波则成为了主要的通信手段。
但声波在水下传播时，速度较慢、衰减较大，而且容易受到多径效应和噪声的干扰。
因此，如何提高通信的效率和可靠性，是研究人员一直努力解决的问题。
为了实现有效的通信，通常需要采用合适的通信协议和算法。
比如，在网络拓扑结构的设计上，要考虑节点的分布和连接方式，以确保信息能够快速准确地传输。
在数据传输过程中，还需要进行数据压缩、纠错编码等处理，以减少数据量和提高数据的准确性。
除了硬件和通信方面的设计，软件算法也同样重要。
比如，如何对传感器节点进行有效的定位和时间同步，如何进行数据的融合和处理，以及如何实现网络的自组织和自适应等，这些都需要精心设计的算法来支持。
在实际应用中，水下传感器网络有着广泛的用途。
在海洋科学研究中，它可以帮助科学家们收集海洋中的各种数据，从而更好地了解海洋的生态系统、气候变化以及海洋环流等现象。
无线传感器网络在水质监测中的应用
无线传感器网络在水质监测中的应用无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是由大量分布式自组织的传感器节点组成的网络系统。
这些传感器节点通过自动化的方式收集、处理和传输环境信息，实现对物理世界的实时监测和数据采集。
在水质监测中，无线传感器网络的应用可以实现对水质指标的实时监测、远程控制和数据分析，为水环境保护和管理提供了有效的技术手段。
无线传感器网络在水质监测中的应用具有以下几个方面的优势：1. 实时监测：无线传感器网络可以将大量的传感器节点分布在监测区域的各个位置，实时监测水质指标如溶解氧、pH 值、浊度等。
传感器节点可以通过无线通信技术实时传输数据到数据中心，实现对水质变化的实时监测。
与传统的手动采样和实验室分析相比，无线传感器网络能够大大缩短监测周期，提高监测效率。
2. 高空间分辨率：通过在监测区域内部署大量传感器节点，无线传感器网络可以实现对水质指标在空间上的高分辨率监测。
传感器节点可以通过自组织的方式以一定的密度布置在监测区域内，形成网状的监测网络。
这样可以更准确地掌握水质指标的分布情况，发现潜在的污染源，并及时采取相应的措施进行应对。
3. 省时省力：无线传感器网络的自动化特性使得水质监测更加省时省力。
传感器节点能够自动采集数据并进行处理，无需人工干预。
传感器节点还可以通过无线通信技术将数据实时传输到数据中心，无需手动取样和携带样品到实验室进行分析，大大节省人力和时间成本。
4. 灵活可扩展：无线传感器网络具有高度灵活性和可扩展性。
传感器节点可以根据监测需求随时部署，并且可以通过无线通信进行灵活的配置和管理。
监测区域或监测对象的改变时，只需对网络进行适当调整和重新配置，而无需改变整体的监测架构。
这种模块化的设计带来了设计和维护的便利性。
5. 数据通信可靠性：无线传感器网络采用的是分布式的通信机制，传感器节点之间通过中继节点进行数据中继传输，从而实现对数据通信的可靠性保证。
水下传感器网络中的通信协议设计与性能分析
水下传感器网络中的通信协议设计与性能分析一、引言水下传感器网络是一种特殊的传感器网络，用于监测和收集水下环境中的数据信息。
与陆地传感器网络相比，水下传感器网络面临着更多的挑战，如水下信道特性、能量限制等。
为了实现高效可靠的通信，在水下传感器网络中设计合适的通信协议至关重要。
本文将探讨水下传感器网络中的通信协议设计与性能分析问题。
二、水下传感器网络通信协议设计在水下传感器网络中，通信协议的设计主要包括网络拓扑构建、节点间通信机制和能量管理等方面。
（一）网络拓扑构建网络拓扑构建是指如何部署和布置水下传感器节点以建立网络连接。
由于水下环境的复杂性，传统的网络拓扑结构如星型或网状结构并不适用。
研究者们提出了许多针对水下环境的拓扑构建方法，如基于声波传播的拓扑构建、动态分簇拓扑构建等。
这些方法在考虑水下信道特性的同时，充分利用节点能量，提高网络覆盖率和生命周期。
（二）节点间通信机制节点间通信机制是指节点之间如何进行传输和接收数据。
在水下传感器网络中，由于水下信道的传输特性，通信链路的可靠性和传输速率问题需要特别注意。
一种常用的解决方法是引入中继节点，利用中继节点进行多跳传输，提高传输的稳定性和效率。
此外，还可以采用自适应调制技术、多路径传输技术等来提高传输效果。
（三）能量管理能量管理是指如何合理分配和利用水下传感器网络中节点的能量资源。
由于水下传感器网络中节点能量有限，所以需要设计合理的能量管理策略来延长网络的生命周期。
一种常用的能量管理策略是基于混合式动态睡眠调度算法，通过灵活调整节点的休眠时间和唤醒时间，以充分利用节点能量。
三、水下传感器网络通信协议性能分析为了评估水下传感器网络通信协议的性能，需要考虑各个方面的指标，如网络覆盖率、能耗、传输延迟、数据吞吐量等。
（一）网络覆盖率网络覆盖率是指网络中被有效覆盖的区域所占的比例。
高网络覆盖率可以保证数据的高质量采集和传输。
通过合理的网络拓扑构建和节点部署策略，可以提高网络的覆盖率。
CT-TDMA：水下传感器网络高效TDMA协议
比，水声通信的主要特点是：传播时延大，水声信 号的传 播速 率 仅为 １ ０ ｍ ｓ通 信距 离 长且 带 宽低 ， ０ ／； ５ 通 信距 离 一般 在 １ １ｋ ～ ０ｍ级 别 ， 通信 带 宽仅在 １ｋ ｚ ０Ｈ 级别；误码率高、多途现象和多普勒频移现象均会 导 致传 输错 误 。
（ 国海 洋大 学 信 息科学 与工程 学 院 计算 机科 学与 技术 系 ，山东 青 岛 ２ ６ ０ ） 中 ６ １０
摘
要 ：针对水 下无线传感器 网络 （ ＷＳ ｕ ｄｒ ｔ ｎｏ ｅ ｒｓ Ｕ Ｎ， ｎ ｅ ｅ ｓ ｓｒ ｔ ｋ ）提 出以发送端为 中心 以连续时间为计量 ｗａ ｒ ｅ ｎ ｗｏ
ＨＯＮＧ ｕ ＨＯＮＧ ｅ ｇ Ｌ ｅ ｇ ｂ ｏ ＧＵＯ ｈ ｎ — ｎ Ｌ ， Ｆｎ ， Ｉ Ｚｈ ｎ — ａ ， Ｚ ｏ ｇ ｗｅ
（ ｅ ａｔ ｎ ｏ Ｃ ｍ ｕ ｒ ｃ ｎ ｅ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｎｏｍａｉｎ ｃｅ ｃ ａ ｄＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｏ ｅｎＵ ｉｅｓ ｙ ｆ ｈｎ ， ｉｇ ａ ６ １０ Ｃ ｉ ） Ｄ ｐｒ ｍｅ ｔ ｆ ｏ ｐ ｍ Ｓ ｉ ｃ ， ｏｌ ｅｏ Ｉｆｒ ｔ ｉ ｅ ｎ ｎ ｉｅｒ ， ｃａ ｎｖ ｒｉ ｏ Ｃ ｉａ Ｑ ｎ ｄ ｏ２ ６ ０ ， ｈ ａ ｅ ｅ ｏＳ ｎ ｎ ｔ ｎ
单位 的冲突状态模型——局部冲突状态 图及其分布式构建算法 ，并在此基础上设计 了基于启发式规则的水下传感
器网络 Ｔ ＭＡ协议 （ ＴＴ ＭＡ， ｏｔ ｕ ｕ ｍｅ ａｅ ＤＭＡ）。Ｃ －Ｄ Ｄ Ｃ －Ｄ ｃｎ ｎ ｏ ｓｉ ｓｄＴ ｉ ｔ ｂ ＴＴ ＭＡ利用 ＵＷＳ Ｎ中 同一接收节点与不同
水下无线传感器网络信道研究
０ 引 言
水 下无线 传感 器 网络 有 广泛 的应 用前 景 ， ： 如 海 洋 资 源探测 与开 发 ， 环 境 的污 染监 控 ， 水 自然灾 害 预
也受 限 ， 因此研究 水下无 线传感 器 网络信道 仿 真模 型
具有 重大 实际意 义 。Ｈ ｒｓ和 Ｚｍ 提 出使 用 Ｎ ２仿 ａｒ ｉ ｏｉ Ｓ 真软 件对 水 下 无线 声 信 道 进 行 建 模 Ｊ 主要 包 括 物 ，
２ １ 年第 １ ０１ Ｏ期 文 章 编 号 ：０６２ ７ （０ １ １ －１００ １０ －４ ５ ２ １ ）００ ２ － ３
计 算 机 与 现 代 化 Ｊ Ｕ ＮＩＹ Ｉ Ｎ Ａ Ｈ Ａ Ｉ Ａ Ｊ Ｕ ＸＡ Ｄ ＩＵ Ｓ
总 第 １４期 ９
水 下 无线 传感 器 网络 信 道研 究
因此在设计水下无线传感器网络信道时需要综合考虑多径时延多普勒频移等多种因素的影响图5多普勒频移因子与时间的关系图4结束语水下无线传感器网络是传感器网络研究的一个新领域开发和设计实际的水下无线传感器网络成本高部署困难绝大多数研究还处于实验仿真阶段因此本文研究了水下声信道的射线声学模型噪声多径干扰多酱勒效应等不同因素对水下声信道性能的影响针对传输衰减误比特率时延多普勒效应等多种因素给出了水下无线传感器网络的matlab仿真结果以及性能评价
无线传感器网络在海洋资源监测服务中的应用案例
无线传感器网络在海洋资源监测服务中的应用案例1. 引言现代社会对海洋资源的需求与日俱增，因此海洋资源的监测和管理变得至关重要。
传统的监测方法通常需要大量人力和资源，而无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）的出现为海洋资源的监测和管理提供了全新的解决方案。
本文将介绍几个应用案例，以展示无线传感器网络在海洋资源监测服务中的重要性和价值。
2. 海洋环境监测案例无线传感器网络在海洋环境监测方面的应用范围广泛。
例如，可以通过部署大量的传感器节点来监测海洋中的水质、温度、盐度、氧含量等参数，以及潮汐、波浪和海洋生物的分布和行为等情况。
这些传感器节点可以实时地收集数据，并通过数据传输和处理技术将数据传输到地面站或云服务器进行分析和应用。
这样的监测系统可以提供及时的海洋环境信息，有助于保护和管理海洋生态系统，预测海洋灾害，并为渔业、航海和海洋旅游等行业提供重要依据。
3. 海洋生态系统监测案例无线传感器网络在海洋生态系统监测方面的应用也具有重要的价值。
通过在海洋中部署传感器节点，可以实时监测海洋生物的分布、数量和行为。
例如，可以通过传感器节点收集浮游生物的数据，了解海洋中植物和动物的生长状况，以及它们对海洋生态系统的影响。
此外，无线传感器网络还可以用于监测海洋中的底栖生物群落、鱼类迁徙和繁殖行为等重要信息，为保护海洋生态系统和渔业资源提供科学依据。
4. 海洋油污监测案例海洋油污是当前全球关注的问题之一。
无线传感器网络的应用可以显著提高海洋油污监测的效率和准确性。
通过在海洋中部署传感器节点，可以实时监测海洋中的油污浓度、污染源的位置以及油污的扩散趋势等信息。
传感器节点可以通过水下通信技术将数据传输到地面站，并通过数据处理和分析算法实现实时监测和预警。
这样的监测系统可以帮助相关部门及时采取措施应对海洋油污问题，减少环境损害和生态影响。
5. 海洋研究与探测案例无线传感器网络在海洋科学研究和探测方面也有广泛应用。
水下无线传感器网络节点覆盖及其自定位
（ｃ ｏｌ ｆ ｌｃ ｏ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇｏ ｈｊ ｎ ｃ ａ ｎｖｒｉ ， ｈ ｕｈ ｎ ３ ６ ０ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｅｅｔ ｍｅｈ ｎｃ ｇｎ ｅｉ ｆ ｅｉ ｇＯ ｅｎＵ ｉｅｓｙ Ｚ ｏ ｓａ ０ ４ Ｃ ｉ ｒ ａＥ ｎ Ｚ ａ ｔ １ ａ
第 ３ 卷 第 ３期 １
２１ ０２年 ５月
浙 江海 洋学院 学报 （ 自然科 学版） Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈｊ ｎ ｃ ａ ｎｖｒｉ （ａ ｒｌ ｃ ｎ ｅ ｏ ｒａ ｏ ｅｉ ｇＯ ｅｎＵ ｉｅｓｙＮ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ） Ｚ ａ ｔ ｕ ｅ
Ｖｏ ． ｌ Ｎｏ ３ １ ３ ．
关键词 ： 覆盖 ； 节点 自定位 ； 感知概率 ； 水下无线传感器 网络
中 图分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｃｏ ｅ ａ ｅ ａ ｄ Ｓ ｌ－ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｒ ｖ ｒ ｇ ｎ ｅｆ Ｌｏ ａ ｉ ｔ ｆＵｎ ｅ ｗａ ｅ ｚ ｏ Ｗ ｉｅｅ ｓ Ｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｄ ｓ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ Ｎｅ ｗｏ ｋ Ｎｏ ｅ
ｌｃ ｌ ａｉｎ ｉ ｎｌ ｅ ｃ ｄ ｂ ｎ ａ ｔｒ．Ｄｉｔ ｂ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｏ ｓ ｎ ｏ ｏ ｅ ａｕ ｉｇ ｉ ｓｍｕａｅ ｙ ｔｅ ｏ ａｉ ｔ ｓ ｉｆ ｎ ｅ ｙ ｍａ ｙ ｆｃｏ ｓ ｚ ｏ ｕ ｓｒ ｕｉ ｄ ｌｔ ｅ ｓ ｒｎ ｄ ｓ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｉ ｌｔｄ ｂ ｈ ｉ ｏ ｎ
ｏ ｈ ｄ ｒ ｔ ｒｓ ｎ ｏ ｏ ｅ ． ｆｔ ｅ ｕｎ ｅ ｗａｅ ｅ ｓ ｒｎ ｄ ｓ Ｋｅ ｒ ：ｃ ｖ ｒ ｇ ；ｎｏ ｅ ｓ ｌ－ｌｃ ｌ ａｉｎ；ｐ ｒ ｅｖ ｄ ｐ ｏ ａ ｌｔ ；ｕ ｄ ｒ ａ ｅ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄｓ ｏ ｅ ａ ｅ ｄ ｅｆ ｏ ａｉ ｔｏ ｚ ｅ ｃ ｉ ｅ ｒ ｂ ｂｉｉ ｙ ｎｅ ｗ ｔ ｒｗｉｅｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ
水下无线传感网络
十．水下无线传感网络水下无线传感网络水下无线传感网络与陆地无线传感网络的不同特点的具体表现水下无线传感网路通信技术水下无线传感器节点的组成水下无线传感器网络体系结构水下无线传感网络的定位水下传感器网络部署在极其复杂可变的水下环境中，主要利用水声进行通信，有着许多与陆地无线传感器网络不同的特点，具体表现在：第一，水下信道具有高时延、时延动态变化、高衰减、高误码率、多径效应、多普勒频散严重、高度动态变化以及低带宽等特点，被认为是迄今难度最大的无线通信信道；第二，水下节点和网络具有移动性特点；第三，水下节点使用电池供电，更换电池更为困难。
另外，节点发送信息耗能比接收信息往往大很多倍；第四，由于水下节点价格昂贵，水下网络具有稀疏性的特点．水下传感器网络的这些特点，使得陆地无线传感器网络协议不能直接应用于水下，必须研究适应水下网络特点的新协议．1.水下无线传感器网络通信技术1）.无线电波通信：无线电波在海水中衰减严重，频率越高衰减越大．水下实验表明：MOTE节点发射的无线电波在水下仅能传播50～120am因此，无线电波只能实现短距离的高速通信，不能满足远距离水下组网的要求．2）.激光通信：蓝绿激光在海水中的衰减值小于0.01dB／m，对海水穿透能力强．水下激光通信需要直线对准传输，通信距离较短，水的清澈度会影响通信质量，这都制约着它在水下网络中的应用．不过，它适合近距离高速率的数据传输。
3）.水声通信：目前水下传感器网络主要利用声波实现通信和组网．最早的水声通信技术可以追溯到20世纪50年代的水下模拟电话。
．20世纪80年代出现了取代模拟系统的数字频移键控技术以及后来的水声相干通信技术．20世纪90年代DSP芯片及数字通信技术的出现，尤其是水下声学调制解调器的问世，为水下传感器网络的发展奠定了坚实的基础．水下声学传播特征：高时延和时延的动态变化；水声信号衰减大，通信信道带宽低；多经效应严重；传输误码率高。
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水下无线传感器网络摘要：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。
关键词：水下无线传感器网络；能量；定位1．引言水下无线传感器网络是使用飞行器、潜艇或水面舰将大量的(数量从几百到几千个)廉价微型传感器节点随机布放到感兴趣水域，节点通过水声无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给接收者。
近年来，水下无线传感器网络技术在国内外受到普遍关注，正在被广泛用于海洋数据采集，污染预测，远洋开采，海难避免，海洋监测等。
水下无线传感器网络具有传统传感器技术无法比拟的优点[1]：传感器网络是由密集型、成本低、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃；分布节点的多角度和多方位的信息融合可以提高数据收集效率并获得更准确的信息；传感网络使用与目标近距离的传感器节点，从而提高了接收信号的信噪比，因此能提高系统的检测性能；节点中多种传感器的混合应用使搜集到的信息更加全面地反映目标的特征，有利于提高系统定位跟踪的性能；传感器网络扩展了系统的空间和时间的覆盖能力；借助于个别具有移动能力的节点对网络的拓扑结构的调整能力可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。
因此，传感器网络能够应用于恶劣的战场环境。
在军事领域，通过多传感器系统的密切协调，形成空-舰-陆基传感器构成的多传感器互补监视网络，对目标进行捕获、跟踪和识别。
水下无线传感器网络由于其应用环境的特殊性，要考虑海水盐度、压力、洋流运动、海洋生物、声波衰减等对传感器网络的影响，使水下无线传感器网络的设计比陆地无线传感器网络更难，对硬件的要求更高。
2 水下无线传感器网络的研究现状由于水下无线传感器网络的巨大应用价值，它已经引起世界许多国家军事部门的极大关注。
水下传感器网络技术的发展甚至影响到海军军事战略的变革。
由于水下传感器网络技术的发展，未来的海战可充分发挥近海空间优势。
最早开展水下无线传感器网络研究的国家是美国，早在上世纪50 年代，美国就在大西洋和太平洋中耗巨资建设庞大的水声监视系统(SOSUS)。
近几年美国水下无线传感器网络的较大的项目有：1999~2004 年美国海军研究办公室的SeaWeb 计划；2004 年哈佛大学启动的CodeBlue 平台研究计划；坛上，披露了“近海水下持续监视网”PLUSNet 计划，预计在2015 年前后具备完全作战能力；洛克希德·马丁公司为美国海军研制能够适应近海海域环境、可以快速布防的先进部署系统(ADS)，被用于探测水下敌方潜艇。
随着水下传感器网络技术的成熟，逐渐转向民用。
在民用领域主要用于海洋环境和海洋生物监测、海底科学实验等。
水下传感器网络主要的民用工程有：MBARI 建立的海洋生化监测系统(LOBO)和海洋监测系统(MOOS)、北太平洋中铺设的有缆绳海洋监测系统NEPTUNE 工程[8]和设在纽约西长岛南部的前沿分析观测网络和遥测(FRONT)系统。
2006 年国家自然科学基金将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究方向。
中国科学技术大学、沈阳自动化研究所、中科院计算所等多家高校和研究单位均已开展了无线传感器网络相关领域的研究。
2007 年由中科院上海微系统与信息技术研究所等单位联合承担的“无线传感器网络关键技术及其在道路交通中的应用示范研究”项目通过验收。
随着水下无线传感器网络技术的发展，水下无线传感器网络的节点概念已经由传统的传感器扩大到包括AUV、蛙人、舰艇、潜艇、鱼雷、水雷和水面浮标等在内的新概念节点形式。
新的水下无线传感器网络克服了传统水下无线传感器网络的性能单一、时效差、造价高和布设困难的缺点，具有布防更灵活、适应环境的能力更强、搜集信息更快捷的特点。
新一代的水下网络不仅仅是水声网络，而是一种包括水声、磁场、静电场等综合性的物理网络。
它是集侦察、警戒、指控、通信、导航、定位、目标攻击、综合作战能力的体系。
3 水下传感器网络的基本结构和特征传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点(接收器)和管理节点(服务器)。
传感器节点监测的数据沿着传感器骨干节点(簇首)多跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。
用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。
水下传感器节点主要由一个主控制器或CPU组成。
这个控制器通过接口电路与传感器相连。
控制器接收传感器的数据，存储在内存中，然后处理这些数据，并通过声MODEM 发送给其他网络节点。
4 研究中面临的问题4.1 水下声传播的特点陆地上的传感器网络主要靠射频(RF)信号传送信息，而在水下，高频的RF 信号传播衰减很大，事实上，在水下使用的无线电波的频率仅在低频段(30Hz~300Hz)，而且需要较高的发射功率。
光信号不像RF 信号那样有较高的传播衰减，但是有较大的散射。
因此，水下无线传感器网络是基于声信号的无线通信。
水下声信道的限制带宽和各种延迟要求新的可靠的通信协议。
水声无线网络的设计中存在的主要困难是：(1) 水声信号可实现的带宽被严格的限制；(2) 水下信道由于多通道导致严重的衰落，而且水下的衰减是多变的；(3) 由于传感器节点的流动性和能量消耗殆尽导致节点“死亡”，可能造成通信连接的不可靠，比特率出错高和暂时的通信中断可能会出现；(4) 节点的通信范围小，导致网络不能实时处理数据；(5) 在水下不能使用太阳能，电池的能量有限并且不可被更换；(6) 水下无线传感器网络的实时性和能量问题是一对矛盾，信息处理结构的变化使软件必须重新设计；(7) 水下传感器节点会由于密度大而拥塞出现错误。
基于水下声信号传播的特点列出水下无线传感器网络中的设计中存在的主要问题。
4.2 水下无线传感器网络设计中的问题4.2.1 传感器节点定位问题水下传感器网络节点是随机放置的，因为数目众多，节点体积很小和费用上的考虑，每个节点都有GPS 定位系统是不可能的，另外，布放后每个节点位置不是固定的，可能随洋流漂流，给节点的自身定位提出了挑战。
定位是军事应用的基础。
定位问题包括两部分：节点自身定位和外部目标定位，前者是后者的基础。
基于参考节点的节点自身定位问题，很多学者提出了很多定位的方法，这些算法的目的在于使得传感器节点能够被随机地布置在一个给定的区域，并能根据一些参考节点而自动检测它们的自身位置。
无线传感器网络中需要定位的节点称为未知节点(unknown node)，通过人工部署或GPS 系统已知位置的节点称为锚节点(anchor)。
节点的定位包括：绝对定位和相对定位、集中式定位和分布式定位、基于测距的定位和无需测距的定位。
绝对定位的结果是一个标准的坐标位置，如经纬度。
相对定位通常是以网络中部分节点为参考，建立整个网络的相对坐标系统。
集中式定位是把信息传送到某个中心节点进行定位计算的方式，便于从全局角度统筹规划，获得相对精确的位置估计。
分布式定位是尽量将计算量分摊到网络中的各个节点上，以减小对中心节点的计算能力的要求。
无线传感器网络中绝大多数现有的定位方法都包含两个基本步骤：距离(或角度)测量和定位计算。
目前的定位方法有：于接收信号能量的RSSI 定位算法；基于信号到达时间的TOA 定位算法；基于信号到达时间差的TDOA 定位算法；基于邻节点发送信号角度的技术AOA 算法。
计算节点位置的方法有：三角测量法、三边测量法、多边测量法、质心定位算法、多跳定位算法APS、APIT定位算法、极大似然估计法、Hop-Euclidean 定位算法和多维定位算法MSD 等。
在水下无线传感器网络中，通常由于传感器放置于水下，网络节点无法获知确定的位置信息，要求可实现分布式无锚节点的WSN 节点定位机制。
针对水下WSN 会存在很多移动的传感器节点，如AUV、移动机器人等，目前出现了许多移动节点的定位方法。
WSN 定位算法的性能直接影响其可用性。
评价定位算法的标准主要有：定位精度、规模、锚节点密度、节点密度、覆盖率、容错性和自适应性、功耗和代价。
4.2.2 系统能源问题由于水下无线传感器网络的应用特点，使得更换水下节点电池非常困难，因此无线传感器网络的能耗一直是研究人员关注的焦点。
传感器网络节点的能源主要消耗在信息传输和数据处理，而且传输信息比数据处理更消耗电能。
软件上采用好的拓扑控制算法、高效的通信协议和路由协议，硬件上节点内部结构的合理设计、采用低功耗的芯片和改进电池性能是节省能源的关键。
目前关于传感器在实时应用的能量有效计算问题形成了很多拓扑算法。
例如，最小能量途径的算法(LBMER)、HCAN、CDS(Connected DominatingSet)、JSD、蚁群算法等。
所有的这些算法都是基于节约能量的算法。
在无线传感器网络中，介质访问控制(MAC)协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。
根据传感器节点无线通信模块发送、接收、侦听和睡眠四个状态消耗能量顺序依次减少的特点，传感器网络MAC 协议为了减少能量的消耗，通常采用“侦听/睡眠”交替的无线信道使用策略。
采用简单高效节能的MAC 协议是无线传感器网络设计应考虑的问题。
与传统网络的路由协议不同，无线传感器网络的路由协议是基于能量优先的。
路由协议的设计目标是，应尽可能地降低能耗，提高能量使用的有效性，避免过度使用低能量节点，从而延长网络生命周期。
同时路由协议不能占用大量的存储空间，尽量减少计算量。
在硬件上，针对传感器节点传输能力有限和传输距离有限，往往需要布设大量节点，廉价和低功耗的传感器节点正在被不断设计出来。
设计新的试验平台减小能耗是研究者研究的方案，出现了Mica2 和MicaDot2，以及NASA JPL 实验室的SensorWeb。
Mica2 选配了新的微处理器和射频芯片，修正Mica 的一些技术缺陷。
Mote 系列的第四代节点Telos 设计上出现了很大改进，通过选用新的微处理器减小休眠工作电流和系统唤醒时间，能耗显著降低。
国内也有许多研究机构根据各自应用的需要开发出了新的节点。
电池技术的进步已逐步在减轻传感器网络的能源瓶颈。
加州大学洛杉矶分校、佛罗里达大学、犹它大学和海军研究实验室用微机电系统(MEMS)技术开发三维形状的微型电池，有望突破这一限制。