水下传感器网络通信问题的思考

水下传感器网络通信问题的思考

目前对于水下传感器的研究已经成为逐渐成为新的讨论热点，在本文中我们首先会对水下传感器的基本概念进行介绍，并对其主要的特点展开研究。同时对于水下传感器网络通信技术我们会进行相关的介绍。

一、引言

水下传感器网络指的是将能耗很低、具有较短通信距离的水下传感器节点部署到指定海域中，利用节点的自组织能力自动建立起网络。我们说水下传感器网络如今的发展是备受关注的，在国际上它是处在前沿领域的，其发展的前景是很广阔的，在多个方面它都具有很大的研究价值。例如说在军事等方面。近年来关于水下传感器网络的研究得到了迅猛的发展，其组成是有多个节点构成的，那么接下来我们会对如何进行有效的推进水下传感器的通信问题进行进一步的探究。传感器网络是目前产生的巨大的影响力的技术之一。我们对于传感器网络的使用，提高了接收信号的提高了接收信号的信噪比，那么对于提高水下传感器通信系统的检测性能我们有以下的几点想法，首先是节点中的多种传感器的混合应用对于搜集信息方面要更加全面周到的反映出其明显特征。其次对于水下传感器的跟踪定位功能我们也进行了一些相关的研究。

二、水下传感器网络通信技术

水下通信方式主要有长波通信、水声通信、水下激光通信，中微子通信等。长波通信所需要设备体积大价格贵而且效率低，目前主要用于基地和潜艇之间的远程通信；而水下激光通信目前主要研究蓝绿激光水下通信系统，其穿透力强，可实现与水下400m以上的潜艇通信，通信频带宽，数据传输能力强，方向性好，不足的是里活性不够，难以用于水下传感器网络，中微子通信时最近新兴的技术，较为复杂，目前尚停留在实验室阶段。

因为声波时唯一一种能在水介质中进行长距离传输的能量形式，因此对于水下传感网络而言，水声通信时目前最合适的通信方式，得带各发达国家和军方的高地重视，它的发展甚至影响到海军军事战略的变革。由于水下传感网络技术的发展，未来海战可充分发挥近海空间优势。

2006奶奶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限传感器网络相关领域的研究。随着水下无线传感器网络技

术的发展，水下无限传感器网络的节点概念已经由传统的传感器扩大到鱼类、舰艇等新概念节点形式。新的水下无限传感器网络客服了传统水下无限传感器网络的性能单一时效差造价高和布设难的缺点，具有布防灵活，适应能力强，搜集快的特点。

新一代的水下网络不再仅仅是水声网络，而是一种包括水声，磁场，静电场等综合性的物理网络。它是集侦查、警戒等综合战力的体系。

三、水下传感器网络通信的特点

水下传感器网络通信所使用的通信方式是声波通信，介质是水，这与无线电波在控制传播有显著不同，主要体现在以下几个方面。

（一）高时延和时延的动态变化

声波在海水中的速度大概是1500m/s，比无线电波少了5个数量级，1000m 大概要0.67s，通信时延很大。此外声波在海水中传播随海水的变化。

（二）水声信号衰减大

通信信道带宽低，声波在海水中传播的能量损失有扩散，散射，反射和吸收。只要是扩散和吸收这2类。扩散是指声波的波阵面从声源向外不断扩展的几何效应，其损失与传输距离平方成正比。吸收损失由海水的粘滞性、传热导性、海水中离子的弛豫效应，使部分声能吸收转化为热能造成的，损失与声波频率成正比，这限制了水下通信的频率选择范围。

（三）多径效应

声波传播时受害谁分层介质的折射和海底、海面的反射等影响，在生源与接收点之间存在多条先后到达接收机的不同路径，由于传播速度低，造成到达接收机的时间延迟很大。这些时延各不同的信号会互相叠加，世界收的信号振幅和相位发生畸变，造成干扰，并影响信道传输速度。

（四）传输误码率高

由于海平面波动、内波、背景噪音、多径、阴影、时延动态变化及节点移动导致的频散等影响，水声信道呈现高度动态性，甚至会出现信号时断时续，瓷碗，传感器节点在水下更易损坏，这些导致传送误码率高。

除此之外，有些水下传感器网络中的每一个传感器节点带有一个水面浮标，开始传感器节点位于漂浮在水面的浮标里，这些浮标被投放后，传感器节点被放置到水下已经计算好的深度，形成三位的传感器节点分布空间。每个节点由一群传感器组成，属于一个传感器节点的传感器在水下同一深度，传感器和浮标通过缆绳通信，传感器节点间通过无线信号通信，数据采集浮标搜集传感器节点的数据。该结构特点是便于布置和维护，成本低，容易被发现，对外界天气变化敏感，节点会流动。

二维静态和基于海底的三维惊叹网络结构中传感器节点被布置在海底。二维静态网络中的擦混干起网络节点被固定在海底，自组形成簇，节点采集的信息直接或多跳地传送给簇首，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，到达处理中心。三维静态网络的节点通过锚链被定在海底，通过点整妙恋的长度形成分布在海底的三维网络，每个传感器节点必须能够中继采集信息到水面汇聚节点，因此要求每个节点到水面中继站至少有一条链路存在，它比二维网络更好的获得水下采集，两者不影响航行，不易发现，但是布置难，维护难。

四、结尾语

水下传感器网络是一个相当庞大的系统，关于水下传感器的有关问题有很多，比如硬件及软件的技术性问题等等。水下传感器网络近几年的研究已经取得了很大的发展，取得的成果也逐渐开始趋向成熟。而本文对于过往的水下传感器网络研究进行了按部就班的总结，并对其中的着重点进行了详尽的阐述，比如水下传感器网络中的节点问题，以及水下定位等能源问题和基于声信号的目标定位方法，其次对于一些会对水下传感器网络的性能产生影响的因素进行了解释。

然而现在我们所要考虑并要迅速执行的问题是，传感器的性能会受怎样的因素影响，还有就是关于目标定为跟踪的方法我们需要研究出一个确实有效的方案出来。但是我们的研究现在存在的最大问题是对于实际的组网实验太少，仿真系统的成熟性是不够的，且对于水下传感器的安全性研究也需要加大力度，关于数据传输和物理节点分布都需要提高自身要求。传感器网络的自身特点是我们考虑的重点，对于传感器网络安全问题如何进行有效地解决是要遵循一定的道理的，比如说另避蹊径，只要是高效的解决方案都在我们的考虑范围之内。我们对于这