关键字 |
| 水下无线传感器网络,路由、mobicast协议、能量 |
介绍 |
| 水下传感器网络的任意数量的传感器是地理上分布的海底在给定的区域协作收集和传递数据集中的水槽。这种网络使用时间敏感的应用,如防灾、海岸线保护,等和time-insensitive应用如栖息地的监控项,海洋温度和二氧化碳的水平。这些传感器是电池供电的。因为他们不方便的部署后,充电或更换电池是很困难的。因此减少能源使用在所有层的网络协议栈就变得非常重要了。 |
| 水下传感器网络不同于陆地无线传感器网络(WSN)在许多方面。水下传感器网络由一组传感器节点而漂浮在WSN的传感器节点是静态的。水下传感器网络的拓扑结构是由于洋流变化无常。无线传感器网络的拓扑结构是稳定的。水下传感器网络的传播延迟时间相比,无线传感器网络。水下传感器网络部署在三维平面而无线传感器网络部署在一个二维平面。 |
| 水下传感器网络监测海水环境参数。差分全球定位系统(DGPS)是一种增强使用全球定位系统,提供了改善定位精度。的遥控车辆从船上或AUV控制可自动导航到深水根据给定的一组规则或指导。这里的传感器,锚和ROV / AUV收集信息从海床和报告操作容器。在水下传感器网络直接传输感知数据控制站在海洋表面需要很长的路由路径,总是导致不准确的感知数据由于孔问题。改善AUV的准确的感觉到数据使用。AUV旅行一个预定义的路径和从传感器节点收集数据和报告控制站。智能水下机器人依靠当地的情报。不太依赖于网络通信。AUV控制策略(自治协调障碍预防)。 |
| 一个新的多播通信模式叫做“时空多播”或“mobicast”最近在无线传感器网络研究。mobicast是一种路由协议基于流动性提高吞吐量和效率。在这个自主水下航行器收集信息的参考节点3 d区内的第一步。他们醒来后在接下来的3 d区避免传感器节点拓扑结构洞。水下传感器网络中传感器节点不稳定。他们移动和改变位置由于波浪和洋流。收集的信息从这些传感器不是AUV导致不准确的感知数据。这个问题称为孔问题,它可以通过扩大欧元区克服了基于速度和传感器节点的当前位置。 |
相关工作 |
| 水下无线传感器网络(UWSNs)建立的传感器节点部署在一个水下环境和有能力监测他们的附近。传感器节点是一个小装置在有限的能量储存在电池和内存有限的形式。传感器节点的主要工作是来自周围环境的数据和过程数据的帮助下传感单元和处理单元和管理所有这些过程的能量耗散和单位的帮助下动力装置。mobicast的时空特征是将消息转发给所有节点将出席时间t的转发区陈.Yuh-Shyan。[1]提出了一个mobicast路由协议用于避免漏洞问题。摘要地理区域,称为三维区相关性(三维佐尔),由一个水下机器人规定收集感知数据从所有传感器节点位于三维佐尔。AUV构造一系列三维佐尔在不同的时间间隔必须感觉到数据发送到AUV醒来。节省电力和AUV发送感知数据,传感器节点在三维佐尔必须醒来和保持活跃模式等待AUV的到来。斯特凡诺Basagni等。[1]提出的一篇论文的价值最大化感觉到水下无线传感器网络的信息。本文提出的数学模型和分布式启发式路径找到AUV收集数据的衰减值UWSN的节点。启发式驱动AUV访问节点贪婪地最大化的价值信息的数据交付给水槽。我们的独立模型认为现实的数据通信速率,距离和约束。亚辛等[2]提出了论文探索delay-constrained能源优化水声传感器网络的路由。 Specifically it propose an offline Mixed Integer Linear Programming based routing algorithm that enables computation of delay constrained energy efficient routes. This does not include TDMA schedule computation based on the optimal route-set and the investigation of a Decentralized algorithm to solve the delay-constrained energy optimization problem. Zhong Zhou et al.[3] proposed a Efficient Multipath Communication for Time-Critical Applications in Underwater Acoustic Sensor Networks. This paper, propose a new scheme, called multipath power-control transmission (MPT), for time-critical applications in underwater sensor networks. It combines power control with multipath routing and packet combining at the destination. Cruz et al[4] proposed Implementation of an Underwater Acoustic Network using Multiple Heterogeneous Vehicles. This paper describe the implementation of an underwater acoustic network to support the operation of heterogeneous systems, including AUVs, ASVs, and more devices. It does not consider about the issues of underwater sensor networks which includes energy efficiency ,propagation delay and ocean current. Pu wang et al.[5]. |
| 提出了提高可靠性的头在水下传感器网络节点。检查方案头节点指向迅速从一头节点故障恢复。实验结果表明,该方案可以提高网络的可靠性,使它们更有效率的能源消耗和经济复苏延迟而没有检查指向先前的计划。在这个问题发生时如果有两个节点之间的通信错误。是固定的(即所有节点。,This paper do not consider node mobility) The failure rate (λ) is based on a Poisson distribution. Sanjay et al.[6] Proposed a 2-D geocast routing protocol with hole detection in USNs to provide the data dissemination in target region. The source node delivers the data to a target region using a greedy forwarding technique. When the data delivers into the target region, the first node which receives the data serves as a root to construct a multicast tree for the target region. However the routing path, the target region and the hole in a 3-D USNs are variform, which needs to be further investigated. Walker et al[7] Proposed a varying solution in the underwater environment, A traveling AUV roams around in a USN and collects sensed data from those sensor nodes, and then the AUV uploads collected data to base station. Walker shows the AUV is feasible and useful to distributed collect data in the UW environment. |
方法 |
| 现有工作中传感器节点随机部署在海洋。传感器节点可以由洋流漂流。我们假设每个传感器节点通过范围免费定位技术可以知道它的位置 |
范围免费定位技术 |
| 范围免费定位技术是基于简单的范围相比,定位技术。这些是基于跳数的方案。它首先使用一个经典的距离向量交换,因此网络中的所有节点距离在跳。每个节点维护一个表只与交流更新与邻国。 |
基本思想 |
| 我们mobicast协议使AUV收集感知数据从这些传感器节点通常呆在睡眠模式在3 d USN节电;与此同时,漏洞问题和洋流的影响也考虑。成功收集感知数据,水下机器人将mobicast消息在时间t醒来所有传感器节点将出席时间内ZOR3t t + 1 + 1。克服内孔问题,所有传感器节点醒来ZOR3t + 1, ZOF3t + 1用于覆盖潜在的三维孔和发现mobicast消息传递的路由路径。 |
Mobicast路由协议 |
| 在本节中,我们描述一个水下机器人收集从传感器节点感知数据与我们mobicast协议。我们mobicast协议分为三个阶段,三维ZORt起始阶段,3 d ZOFt + 1创建阶段,3 d ZORt + 1收集阶段。 |
3 d ZORt起始阶段 |
| 传感器节点位于ZOR3tshould发送AUV的感知数据。收集传感器数据从所有传感器节点USN, AUV应该不断在不同的时间创建一系列ZORt t。 |
3 d ZOFt + 1创建阶段 |
| 醒来传感器节点位于ZOR3t + 1, ZOF3t + 1需要创建在时间t。传感器节点在ZOF3t + 1应该交付mobicast消息唤醒这些传感器节点将出现在ZOR3t + 1。提高成功交付率,ZOF3t m + 1分为相同的部分,每个部分都可以自适应地扩大基于网络密度和速度的洋流将多个传感器节点用于mobicast消息传递。 |
3 d ZORt + 1收集阶段 |
| 毕竟传感器节点在ZOR3t + 1,吵醒了AUV能够收集所有传感器节点感知的数据在ZOR3t + 1在时间t + 1。 |
系统模型 |
| 传感器节点随机部署在水下传感器网络。控制站应收集感知数据的传感器部署在水中了。传感器和控制站之间的直接沟通需要很长的路由路径和导致不准确的感知数据。自主水下航行器被用来收集数据从传感器在水下。AUV是规定一个预定义的路径。AUV形成一系列连续的区域,当经过预定义的路径。由于传感器只使用电池能量有限的传感器在当前区域应该醒来,所有其他传感器在睡眠模式。 |
| 在现有系统传感器的交叉区域连续两个区域是用来唤醒传感器在未来区域。由于传感器在水下改变位置可能会有一个机会更多的交叉区域的节点数量。这导致更多的能源消耗在冗余信息唤醒的过程和结果。 |
| 在我们提出的传感器节点应该定期分享他们的位置和能量水平。基于高能级的能量节点选为头节点在每个区域。的头节点应该唤醒模式。这个节点是用来唤醒传感器区域。这减少了能源消耗和消息开销。 |
框架 |
水产区形成(模型创建) |
| 在这个模块,传感器节点部署在水下环境。其中一个节点应该作为AUV。每个传感器节点都有一个位置和唯一的ID。传感器节点应该分享他们的位置和ID定期和他们的邻居 |
群(移动集团)创建 |
| 在这个模块的传感器节点被分组为集群基于其位置。AUV应该旅行一个预定义的路径和收集信息从传感器和报告结果控制站。只有传感器在当前区域应该醒来,所有其他传感器在睡眠模式。传感器节点醒来在十字路口节点区域的两个区域。AUV不应该等待传感器醒来因为它是不断移动。中的节点区t + 1时应该醒来AUV在t和等待AUV区。AUV应该报告的结果,所有的传感器信息控制站。 |
ZONET阶段(区域扩张) |
| 在这个模块区扩展基于漂移速度传感器节点。水下传感器网络中传感器的位置不是静态的。由于洋流位置改变。在这样可能机会的漏洞问题信息从传感器是错过了AUV导致不准确的感知数据。为了避免漏洞问题基于位置和速度传感器节点的区域扩张的方式应该覆盖所有区域的传感器。 |
时空的路由 |
| 在这个模块动态头节点当选在每一个区域,每一个区域的节点周期性地分享他们的位置,ID和能量水平与他们的邻居。根据能级能量水平最高的节点被选作为头节点。AUV首先发送消息的头节点醒来第一个区。醒来后的传感器区域醒来头节点发送消息的头节点下一个区域。重复这个过程,直到AUV传感器收集信息在所有区域在其路径。 |
绩效评估 |
| 的群创建和时空的路由的性能评估。绩效评估在能源方面,消息开销和吞吐量。 |
结论 |
| 节能mobicast协议是用来减少传感器节点的能量消耗在水下传感器网络。能量有限的传感器和洋流在水下传感器网络的主要问题。自主水下航行器是用于收集的数据从传感器部署在水下。拟议的工作动态选择具有最高能量的头节点醒来传感器在未来的区域。它减少了用于醒来的消息数量的过程。为了消耗更少的能量传感器在水下后会进入睡眠状态的自主车辆越过特定区域。它还克服了漏洞问题由于洋流的影响通过扩大自适应部分基于漂移速度和当前位置的传感器节点。性能评估方面的能量,包交货率和吞吐量。 |
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数据乍一看 |
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| 图1 |
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引用 |
- 安东尼奥·桑切斯sarablanc pedroYuste,角珠剂和Juan Jose塞拉诺。一种超低能耗和灵活的声学调制解调器设计开发节能的水下传感器网络传感器2012年,6837 - 6856,2012年4月3日。
- 香港最小值1,Yookun曹1和JunyoungHeo 2,“增强的可靠性头在水下传感器网络节点”。,ISSN 1424 - 8220。杂志上的传感器。
- n a·克鲁兹b·m·费雷拉,a·c·马托斯c . Petrioli r . Petroccia和d . Spaccini”实现的一个水下AcousticNetwork usingMultiple HeterogeneousVehicles”, 14 - 19 IEEE海洋工程学会,10月,2012年。
- PoongovanPonnavaikko Kamal亚辛,莎拉·凯特·威尔逊MilicaStojanovic,乔安妮·霍利迪,“能源与延迟ConstraintsInUnderwater声学优化网络”,IEEE 2013。
- Sangho李和Kiseonkim。传感器、“定位移动信标水声传感器网络”,2012年3月21日。
- 斯特凡诺Basagni PetrikaGjanci, Chiara Petrioli辛西娅·a·菲利普斯DamlaTurgut,“感觉信息的价值最大化通过自主水下航行器在水下无线传感器网络”,IEEE INFOCOM 2014 - IEEE计算机通讯大会上。
- Yuh-Shyan陈和林Yun-Wei”Mobicast水下传感器网络路由协议”在IEEE传感器》杂志上。13卷,2号,2013年2月。
- 中州,ZhengPeng Jun-Hong Cui Zhijie史,“有效的多路通信Time-CriticalApplications UnderwaterAcousticSensor网络”,,IEEE / ACM交易网络,19卷,没有。2011年2月1日。
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