定向传输水声通信网络邻节点发现机制
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输信息的通信方式，它在海洋科学、海洋资源勘探、水下探测等领域有着广泛的应用。
水声通信利用水的传导性能，通过声波在水中的传播来进行信息传输，具有传输距离远、传输速度快、抗干扰能力强等优点。
本文将介绍水声通信的原理及其相关知识。
1. 声波在水中的传播特性。
声波是一种机械波，它需要介质来传播。
在水中，声波的传播速度约为1500米/秒，这个速度比空气中的声速要快得多。
由于水的密度大、分子间的相互作用力强，声波在水中的传播距离也更远。
另外，水中的声波传播还受到水温、盐度、压力等因素的影响。
2. 水声通信系统的组成。
水声通信系统通常由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器将电信号转换为声波信号，并将其传播到水中；接收器接收水中的声波信号，并将其转换为电信号；信号处理器用于对接收到的信号进行处理和解码，以获取所需的信息。
3. 水声通信的应用。
水声通信在海洋科学研究中有着重要的应用，比如海洋动力学、海洋地质学、海洋生物学等领域；在海洋资源勘探中，水声通信可以用于声纳探测、声呐定位等；在水下探测领域，水声通信可以用于水下声呐、水下通信等方面。
此外，水声通信还被广泛应用于水下定位、水下导航、水下通信等方面。
4. 水声通信的发展趋势。
随着科学技术的不断发展，水声通信技术也在不断进步。
未来，人们将更加关注水声通信系统的节能性能、抗干扰能力、传输速度等方面的提升，以满足更广泛的应用需求。
同时，水声通信系统的智能化、自适应性也将成为发展的重点方向。
总结。
水声通信作为一种重要的通信方式，其原理和应用具有重要的科学研究和实际应用价值。
通过对水声通信的传播特性、系统组成、应用领域和发展趋势的介绍，我们可以更好地了解水声通信技术，并为其未来的发展提供一定的参考。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法
面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法
陈秋丽;何明;王琰;陈希亮;王立辉
【期刊名称】《计算机科学》
【年(卷),期】2015(42)2
【摘要】为解决面向海洋监测应用的大规模水声传感器网络的节点定位问题,首先,采用整数线性规划理论,提出了多目标约束的水面网关优化部署策略;其次,针对水声传感器网络不同节点的特点,设计不同的定位方案,提出了有预测性的水声传感器网络节点部署算法.仿真实验验证了该方法的可行性与有效性,结果表明,该算法能明显提升节点的定位范围,降低通信能耗,减小定位误差,为水声传感器网络的海洋大规模部署提供相应技术指导.
【总页数】4页(P29-32)
【作者】陈秋丽;何明;王琰;陈希亮;王立辉
【作者单位】解放军理工大学指挥信息系统学院南京210007;解放军理工大学指挥信息系统学院南京210007;解放军理工大学通信工程学院南京210007;解放军第61研究所北京710004;解放军理工大学指挥信息系统学院南京210007;东南大学仪器科学与工程学院南京210096
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.水声传感器网络节点自适应加权定位算法 [J], 刘胤祥;姜卫东;郭勇
2.基于无线传感网的海洋监测节点定位算法 [J], 任秀丽;韩静晶
3.水声传感器网络节点自定位的遗传算法优化研究 [J], 谢远党;徐荣伟;张华
4.一种新型海洋监测节点定位的网络路由算法研究 [J], 何勰绯
5.水声传感器网络移动节点定位技术 [J], 付广义;曹利;李峥;李宇;张春华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水声通信网络节点硬件平台的设计与实现的开题报告
水声通信网络节点硬件平台的设计与实现的开题报告一、选题背景随着人类对海洋资源的依赖不断加深，海洋工程领域的需求也愈发庞大，而水下通信系统即为海洋工程领域中的一项关键技术。
水下通信技术，通过建立水下通信网络，可以实现深海探测、海洋资源勘测、水下环境监测、海底地形测绘等诸多任务。
因此，近年来，水下通信系统得到了越来越广泛的应用和研究。
针对水下环境与陆地环境的差异，水下通信系统需要采用特殊的技术和硬件设备。
目前，常见的水下通信技术包括声波通信、电波通信和光纤通信等。
而在这些技术中，声波通信由于其适应性强、信号传输距离远等优势，在水下通信中得到了广泛的应用。
本课题选取了声波通信技术作为研究对象，旨在设计与实现一款水声通信网络节点硬件平台，以满足水下通信系统实际应用中的需求。
二、选题意义水下通信网络快速发展，已经广泛应用于海底地形测绘、水下环境监测、智能航行和水下采矿勘探等方面。
但目前仍存在着传输速率低、传输距离短、网络可靠性弱等问题。
这些问题的存在，制约了水下通信系统的进一步发展。
因此，本课题的设计与实现一款水声通信网络节点硬件平台，可以提高传输速率、延长传输距离、提高网络可靠性，从而更好地适应水下工程任务的需求。
同时，这也为水下通信技术的发展做出了一定的贡献。
三、研究内容本课题的主要研究内容包括以下几点：1.硬件平台的设计设计一款适用于水声通信的硬件平台，其包括了硬件电路的设计和硬件系统的搭建。
2.节点的通信协议实现在设计的硬件平台上，实现节点之间的线性节点通信，建立水声通信网络。
3.节点信号处理算法实现对节点接收的信号进行处理，以提高信号的质量，并为后续的数据传输提供有力的保障。
四、预期成果完成本课题的研究后，我们预期可以得到以下成果：1.设计与实现一款水声通信网络节点硬件平台，满足实测环境中的需求。
2.实现水声通信网络节点的线性节点通信协议，并完成节点之间的数据传输。
3.实现节点信号处理算法，提高信号的质量。
水声通信系统中的定位与跟踪技术研究
水声通信系统中的定位与跟踪技术研究在当今的科技领域中，水声通信系统扮演着至关重要的角色。
它在海洋探索、水下军事行动、资源开发以及科学研究等众多方面都有着广泛的应用。
而在水声通信系统中，定位与跟踪技术则是其关键组成部分，对于实现高效、准确的水下信息传输和目标监测具有不可替代的作用。
首先，我们来了解一下水声通信系统的基本原理。
简单来说，它就像是在水下的“无线电通信”，但由于水的物理特性与空气有很大的不同，使得水声通信面临着诸多独特的挑战。
水对声音的吸收、散射以及多径传播等现象，都会严重影响声音信号的传播质量和距离。
在这样复杂的环境中，要实现对目标的准确定位与跟踪并非易事。
定位技术主要依靠测量目标发出或反射的声音信号的到达时间、到达角度、信号强度等参数来确定目标的位置。
常见的定位方法包括基于时间差的定位、基于角度测量的定位以及基于信号强度的定位等。
时间差定位法是通过测量声音信号到达不同接收器的时间差来计算目标的位置。
这种方法需要多个接收器精确同步工作，并且对时间测量的精度要求极高。
一旦时间测量出现微小的误差，就可能导致定位结果出现较大的偏差。
角度测量定位法则是通过测量声音信号到达接收器时的角度来确定目标的方向，进而计算出目标的位置。
这需要接收器具备高精度的角度测量能力，并且在实际应用中，由于水下环境的复杂性，角度测量往往会受到干扰，影响定位的准确性。
信号强度定位法是根据声音信号在传播过程中的衰减规律，通过测量接收信号的强度来估算目标与接收器之间的距离。
然而，水对声音的吸收和散射会导致信号强度的变化非常复杂，使得这种方法的精度受到一定限制。
除了定位技术，跟踪技术也是水声通信系统中的关键环节。
跟踪的目的是持续监测目标的运动状态，包括速度、方向等，并及时更新目标的位置信息。
常见的跟踪算法有卡尔曼滤波、粒子滤波等。
卡尔曼滤波是一种基于线性系统模型的最优估计方法。
它通过对目标的状态进行预测和更新，能够在存在测量噪声的情况下，较为准确地估计目标的状态。
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。
现代水声通信技术
分布式网络 分布式网络具有完全的点对点连接结构，指网络中的 所有节点之间都可以实现直接通信，因而不再需要路由。 但是为了实现网络中远距离节点间的通信，需要的输出功 率很大，这对于以电池供电的节点来说是不利的，同时还 将会产生 “远近效应”，即当前节点向其远程节点的数 据发送将会对其临近节点的数据接收造成严重干扰。
多跳式网络 多跳式网络仅在临近节点间建立通信链路，信息由源 节点到目的节点的传输是通过信息在节点间的跳转实现的。 因此，多跳式网络能够实现更大的覆盖面积，此时，网络 的覆盖面积将取决于节点数目而不是节点调制解调器的发 射声源级，正因为如此，目前水声通信网络大多采用多跳 式结构。但是另一方面，多跳式网络协议设计必须包含路 由算法，同时，随着跳转数目的增加，数据包的传输延迟 也将相应增加。
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
现代水声通信技术 —原理、设备介绍及仿真实验
水声通信网络节点模型
CSMA（carrier sense media access）协议 CSMA协议采用载波监听策略，即发射端在数据发送前， 首先对信道进行载波监听，确定临近节点是否正在进行数据 发送，如果是则延迟发射以避免出现数据碰撞。但由于存在 隐蔽终端的问题，这种协议不能避免发生在接收端的数据碰 撞；另一方面，由于存在暴露终端的问题，CSMA协议同样也 有可能导致不必要的发送延迟。
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。
水声通信技术进展
水声通信技术进展随着科技的快速发展，水声通信技术已经成为海洋探测和通信的重要手段。
水声通信技术是一种利用声波在水下进行信息传输的技术，具有传输距离远、抗干扰能力强、传输速度快等优点，被广泛应用于海洋资源开发、水下考古、军事等领域。
本文将介绍水声通信技术的发展现状及未来趋势。
一、水声通信技术的概述水声通信技术是一种利用声波在水下进行信息传输的技术。
水声通信系统由发送端和接收端组成，发送端将信息编码成声波信号，通过水介质传播到接收端，接收端解码声波信号并恢复出原始信息。
水声通信技术可以广泛应用于海洋资源开发、水下考古、军事等领域。
二、水声通信技术的发展现状1、国外水声通信技术的发展现状随着全球经济的不断发展，各国对于海洋资源的开发越来越重视。
因此，水声通信技术成为了一个热门领域。
在国外，美国、俄罗斯、日本等国家都在水声通信技术方面进行了大量的研究和实践，取得了很多成果。
例如，美国科学家研制出了一种名为“海卫”的水声通信系统，该系统可以在水下传输高速数据，并且具有很强的抗干扰能力。
2、国内水声通信技术的发展现状在我国，水声通信技术也得到了越来越多的和研究。
中国海洋大学、中科院声学研究所等科研机构在此领域进行了深入研究，并取得了一系列的科研成果。
例如，中国海洋大学研制出了一种名为“海之语”的水声通信系统，该系统可以在水下传输语音、文字和图片等多种类型的信息。
三、水声通信技术的未来趋势1、高速率传输由于水声通信技术的传输速率受到很多因素的影响，例如水的温度、盐度、压力等，因此提高传输速率成为了水声通信技术的一个重要方向。
未来，水声通信技术将会向着高速率传输的方向发展，以实现更快速的数据传输和更高效的通信。
2、远距离传输远距离传输是水声通信技术的另一个重要方向。
目前，水声通信技术的传输距离还受到很多限制，因此提高传输距离成为了未来发展的重要方向。
未来，水声通信技术将会向着更远距离传输的方向发展，以实现更广泛的通信覆盖范围。
水声通信网络浅析
水声通信网络浅析摘要：随着现代信息技术的飞速发展，覆盖了地面、空中、太空、水面的立体信息网已经形成并为各国的通讯、交通、资源调查、国防等各项业务服务。
近年来，随着世界各国海洋开发步伐的加快，发达国家开始对水下声通信网进行研究。
水声通信网络（UWN）承担着探测、数据通信的重要使命。
它通常由海底传感器、自主式水下运载器（AUV）和水面站组成，水面站可进一步与Internet等主干网连接，在这种环境中人们可以从多个水下远程设备提取实时数据，并把控制信息传递给各个设备。
本文将介绍水声通信网络的发展现状、关键技术、具体应用及发展前景。
关键词：水声通信网络发展现状 AUV1.发展现状目前陆上与空中的有线及无线通信已经很成熟，但是水下无线通信仍处于研究与试用阶段。
随着人类对海洋探索、开发的不断深入，无论是军用领域还是民用领域，都对水下通信有着极大的需求。
尽管在水下可以使用电缆、光缆等有线方式进行通信，但是这些方式中节点无法移动，适用对象极其有限。
电磁波在水下的衰减很大，要想在水中传播很远的距离就必须采用很低的频率，这就要求很高的传输能量和很长的天线，通常是难以实现的。
目前水下通信方式主要有长波通信、水下激光通信、中微子通信、水声通信等。
长波通信所需设备体积庞大，价格昂贵，通信效率低，目前主要用于基地与潜艇之间的远程通信；水下激光通信目前主要研究蓝绿激光水下通信系统，其穿透海水能力强，可实现基地与下潜400米以上的潜艇的通信，通信频带宽，数据传输能力强，但是灵活性不够；中微子通信是近年来新兴的技术，比较复杂，目前还仅仅停留在实验室阶段[2]。
声波是惟一一种能在水介质中进行长距离传输的能量形式。
水声通信是目前水下最合适的通信方式，得到了各发达国家研究机构和军方的高度重视。
最早的水声通信可以追溯到20世纪50年代针对模拟数据的幅度调制（AM）和单边带（SSB）水下电话。
随着VLSI（very large scale intergration，超大规模集成电路）技术的发展，在80年代早期水下数字频移键控（FSK）技术得到应用，它对信道的时间、频率扩散有一定的鲁棒性。
水下声波通信技术原理及其在海洋勘探中的应用
水下声波通信技术原理及其在海洋勘探中的应用概述水下声波通信技术是一种利用声波在水中传播的属性进行信息传递的技术。
它在海洋勘探中具有重要的应用价值。
本文将介绍水下声波通信的原理，并探讨其在海洋勘探中的应用。
一、水下声波通信的原理水下声波通信的原理是利用声波在水中的传播特性进行通信。
声波是一种机械波，通过振动物质传播。
在水中，声波的传播速度约为1500米/秒，远远快于水下电磁波的传播速度。
声波通信主要依靠以下两种主要技术实现：声波传播和声波解调。
1. 声波传播声波传播是指通过声源产生的声波信号在水中传播至目标接收器的过程。
传播的效果受到水声环境的影响，如水的温度、盐度、压力等因素。
此外，水下声波传播还受到多径效应和散射影响，需要通过适当的信号处理技术来克服。
2. 声波解调声波解调是指将接收到的声波信号转化为可理解的信息的过程。
接收器通过接收来自发送器的声波信号，并将其转化为电信号进行处理。
其中，信号处理技术包括滤波、解调、解调等，以提取出有效的信息。
二、水下声波通信技术在海洋勘探中的应用作为一种有效的水下通信手段，水下声波通信技术在海洋勘探中具有广泛的应用。
以下将介绍几个常见的应用领域：1. 海洋地震勘探海洋地震勘探是通过声波探测地下地壳结构和地质情况的方法。
声波通过地下的岩石和介质传播，不同地质层的界面会对声波进行反射、折射和散射。
通过分析接收到的声波信号，可以获得地下的地质信息。
水下声波通信技术在海洋地震勘探中起到了至关重要的作用，为地震勘探提供了可靠的数据传输手段。
2. 海底管道监测海底管道监测是指通过声波信号对海底管道进行监测和维护的技术。
声波信号可以传播到管道内部，并通过接收器接收反射回来的信号。
通过分析接收到的声波信号，可以获得管道的运行状态、异常情况及需要维护的地方。
水下声波通信技术在海底管道监测中可以实现远程监测和无损检测，为维护人员提供了及时有效的信息。
3. 海洋生物研究水下声波通信技术在海洋生物研究中也发挥着重要的作用。
水声传感器网络节点的设计
水声传感器网络节点的设计作者：于乐苏新彦等来源：《科技创新与应用》2015年第35期摘要：此处主要研究的是水声传感器网络节点。
要解决两个问题：其一，功耗问题；其二，无线电波在水中衰减比较大。
在此从芯片选型、硬件电路设计到软件控制过程均要考虑低功耗问题。
仅将传感器置于水下，而节点则漂浮于水上，两者通过特殊的线连接，避免节点的无线电波受干扰，导致数据传输的不准确。
最后利用设计好的节点在水中做实验，通过上位机显示出波形，并用Matlab软件对数据进行仿真，证实了此系统的可行性。
关键词：水声；传感器网络节点；低功耗1 系统总体结构水声传感器网络是指将能耗很低、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[1]。
传感器模块是直接将传感器置于水中；处理模块采用4片低功耗AD7264采集芯片进行8通道信号采集，主控芯片用FPGA芯片来驱动4片AD7264；单片机作为外部控制更好地以状态方式控制FPGA系统，单片机选用低功耗系列MSP430；无线通信模块通过MSP430对nRF24L01无线收发芯片的驱动，实现无线指令及数据的传输；电源模块用电池直接供电；系统采集到的信号通过一个外置存储器存储起来。
2 系统重要部分的硬件设计2.1 模/数转换本设计采用AD7264芯片来实现模数转换。
AD7264采样率高达1 MSPS，5V单电池供电；跟踪和保持采集时间为400ns，正常模式静态时功耗为105mW，断电模式时为2.625mW[2]。
2.2 无线传输模块无线传输模块是通过单片机控制射频芯片实现的。
射频芯片选用无线收发芯片nRF24L01[3]。
该芯片的五种工作模式中Power Down的工作电流最小仅900nA。
因此为了降低整个系统的功耗，当系统不需要时，先将芯片置于Power Down模式。
根据基于CMOS工艺的处理器的功耗公式：P=CV2f选工作电压范围为：1.8～3.6V的单片机MSP430F1611芯片可以有效降低系统的功耗[4]。
定向传输水声通信网络邻节点发现机制
定向传输水声通信网络邻节点发现机制杨健敏; 乔钢; 刘凇佐; 尹艳玲【期刊名称】《《哈尔滨工程大学学报》》【年(卷),期】2019(040)009【总页数】6页(P1549-1554)【关键词】水声通信网络; 邻节点发现; 定向传输; 邻节点代表; 信息冗余; 全向传输; 网络拓扑; 传输范围【作者】杨健敏; 乔钢; 刘凇佐; 尹艳玲【作者单位】中山大学海洋工程与技术学院广东广州518000; 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001; 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000; 东北农业大学电气与信息学院黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP393近年来，随着陆上资源开采几近枯竭，对海洋的开发利用越来越受关注。
作为水下最有效的通信方式，学者对水声通信技术开展了广泛且深入的研究[1-6]。
随着对海洋开发探索逐渐深入，点对点水声通信无法满足一些水下应用场景，需要水下各单位组网通信。
水声通信网络中，邻节点发现机制扮演着非常重要的角色[7-9]，该机制性能优劣会极大影响网络整体工作效率。
目前，水声通信网络邻节点发现机制相关研究非常少，但陆上无线网络关于邻节点发现的研究已经相对丰富且成熟[10-16]。
水声通信网络与陆上无线网络相比存在着很大差异，陆上无线网络邻节点发现机制并不能在直接移植到水声通信网络。
同时，由于水声通信网络工作环境复杂多变，相关的研究工作应充分考虑拓扑不稳定的情况。
现有的水声通信相关研究中，节点大都采用全向模式传输数据，限制了网络覆盖范围，增加了能量浪费，通信隐蔽性差，网络工作效率低，无法满足现代水声通信的要求。
定向传输可以增加网络覆盖范围，增加空间复用，增强通信隐蔽性，提高网络工作效率。
传统的全向传输水声通信网络中采用的是全向换能器。
全向换能器在传输数据时各个方向增益相同，严重了限制网络覆盖范围，浪费了网络能源，还会对邻节点造成不必要的干扰。
- 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)。
第40卷第9期2019年9月Vol.40<9Sep;。
】#哈尔滨工程大学学报Journal of Harbin Engineering University定向传输水声通信网络邻节点发现机制杨健敏%'2'3,乔钢2,刘凇佐2,尹艳玲4(1.中山大学海洋工程与技术学院，广东广州518000；2.哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨150001；3.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东珠海519000；4.东北农业大学电气与信息学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:针对水声通信网络拓扑不稳定的问题，本文对其邻节点发现机制进行了研究。
邻节点发现机制将网络新增节点的邻节点分为全向传输范围内邻节点与定向传输范围内邻节点2类，全向传输范围内邻节点按照邻节点发现机制选取部分节点作为邻节点代表，选出的邻节点代表根据自身情况向新增节点发送邻节点信息完成邻节点发现过程。
本文通过理论计算与仿真分析验证所提邻节点发现机制性能，所得理论结果与仿真结果一致，仿真结果还表明所提邻节点发现机制中参与邻节点发现过程的节点数小于全向传输范围内节点数。
关键词：水声通信网络；邻节点发现；定向传输；邻节点代表；信息冗余；全向传输；网络拓扑；传输范围DOI：10.11990/jheu.201803070网络出版地址：htt p:///kcms/detail/23.1390;.20190816.1005.002.html中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号：1006-7043(2019)09-1549-06Neighbor discovery mechanism for directional transmissionunderwater acoustic communication networksYANG Jianmin1，2,QIAO Gang1，2,LIU Songzuo1，2,YIN Yanling3(1.School of Marine Engineering and Technology,Sun Yat-sen University,Guangzhou518000,China； 2.Col/ge of Underwater Acous/a Engineering,Harbin Engineering University,Harbin150001,China；3.Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai),Zhuhai519000,China；4.Colleee of Electrical and Information Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150001，China)Abstract:Consideeng the unstable topology of directional undewvatcs communication network/,thit papei studies iit neighbor discovei mechanism.In this mechanism,the node has two types of data transmission methods:directional and omnidirectional.The neighbor discavew mechanism divides the neighbor nodes of the newly added nodes inty two cateeo-W cs:the neighbor nodes i the omnidirectional transmission range and the neighbor nodes i the directional transmission range.The neighbor nodes in yie omnidirectional transmivion range select some nodes as yie neighbor nodes according W the neighbor node discovea mechanism.The selected neighbor node representative then sends the neighbor node infownas tion to the naWy added node according to its own situation to complete the neighbor node discovea process.In this pa-pea,the peWbwnanco of the proposed neighboring nodes is yerifOd by theoreticat calculation and simulation analysis.The theoreticat results are in good agreement with the simulation results.The simulation results alss show that the number of nodes paticipating i the neighbor discovery peocess is less than the omnidmectionat transmission sange.The number of nodes.The maig Onding of this paper have an impoWant referenco value and guidanco function to undewvates acoustic communication networks.Keywords:undewvates acoustic communication networks；neighbor discoyay；directional transmission；representative nodes；infownation adundancy；omni-direction!transmission；network Wpology；transmission rang近年来,随着陆上资源开采几近枯竭，对海洋的开发利用越来越受关注。
作为水下最有效的通信方收稿日期：2018-03-20.网络出版日期：2019-08-16.基金项目：国家自然科学基金项目(61431004,61601136,61601137, 11774074).作者简介:杨健敏，男，博士；乔钢，男，教授,博士生导师；刘淞佐，男，副教授，博士生导师.通信作者：刘淞佐，E-mail:liusongzuo@. cn.式,学者对水声通信技术开展了广泛且深入的研究[1-6]&随着对海洋开发探索逐渐深入,点对点水声通信无法满足一些水下应用场景，需要水下各单位组网通信。
水声通信网络中，邻节点发现机制扮演着非常重要的角色'7-9],该机制性能优劣会极大影响网络整体工作效率。
目前，水声通信网络邻节点发现机制相关研究非常少,但陆上无线网络关于邻节点发现的研究已经相对丰富且成熟'10_16]&-1550-哈尔滨工程大学学报第40卷水声通信网络与陆上无线网络相比存在着很大差异，陆上无线网络邻节点发现机制并不能在直接移植到水声通信网络。
同时，由于水声通信网络工作环境复杂多变,相关的研究工作应充分考虑拓扑不稳定的情况。
现有的水声通信相关研究中，节点大都采用全向模式传输数据,限制了网络覆盖范围,增加了能量浪费,通信隐蔽性差,网络工作效率低,无法满足现代水声通信的要求。
定向传输可以增加网络覆盖范围，增加空间复用，增强通信隐蔽性，提高网络工作效率。
传统的全向传输水声通信网络中采用的是全向换能器。
全向换能器在传输数据时各个方向增益相同，严重了限制网络覆盖范围，浪费了网络能源,还会对邻节点造成不必要的干扰。
与全向换能器相比，定向传输中采用的定向换能器由多个不同方向的波束组成，通过不同波束传输增益的叠加实现信号的定向发送与接收,具有增加网络覆盖范围，提高空间复用，隐蔽通信等优点'17_20（&根据指向性形成方式,水声定向换能器可以分为基于声障板的水声定向换能器、复合激励型水声定向换能器、阵列水声定向换能器和多模态叠加水声定向换能器。
相较于前3种水声定向换能器，多模态叠加水声定向换能器指向性高、体积小、无旁瓣、能量转换率高，适用于水声通信网络。
本文提出一种应用于拓扑不稳定的定向传输水声通信网络邻节点发现机制，该机制中节点以全向及定向两种模式传输数据，选举出邻节点的一部分作为邻节点代表,以一定的规则向目标节点发送邻节点信息。
1邻节点发现机制所提邻节点发现机制中采用的是多模态叠加水声定向换能器，其模型如图1所示。
换能器由1个等大的波束组成，这些波束共同覆盖整个全向区域且互不相交，沿顺时针，从3点钟方向开始将波束从1到1&邻节点发现机制中，只考虑主瓣增益，旁瓣增益忽略不计。
该定向换能器有全向与定向2种工作模式，定向传输范围远大于全向传输范围'21"24（&为了方便分析，本文假设换能器定向传输范围是全向传输范围的2倍，令定向换能器全向传输半径为6,则定向传输半径为26&本文以图2为例说明全向传输范围内的邻节点与定向传输范围内的邻节点。
'为水声通信网络中节点,其全向传输范围内的邻节点指的是在节点'全向传输半径6范围内的邻节点，其集合用/mo表示;定向传输范围内的邻节点指的是在节点'定向传输半径26范围内的邻节点，其集合用/表示&在节点'定向传输范围内,但不在其全向传输范围内的邻节点的集合/md为：/$/m-/mo(1)I厂、M-lz\■.V I全向模式•••[V覆盖范围•/_「、、L_—>//M图1定向换能器模型定向模式/\；\发坍波乗；/卜、；\/I、、丿3、~込当网络中有新节点加入时，邻节点发现过程开始。
新增节点邻节点发现工作流程如图3所示。
假设此时网络中存在的节点已经完成自身邻节点发现过程，网络中存在的节点均已获得自身定向传输范围内所有邻节点的相关信息。
新增节点，加入网络后首先以全向模式广播自身信息,信息中包括节点ID与节点位置。
当全向传输范围内邻节点集合/+（中的节点收到来自节点，广播信息后,根据接收到的信息更新自身的邻节点列表。