调查在水下无线传感器网络

Jaydip m . Kavar¹,Dr.K。H Wandra²

PG -学生,CE部门C.U.Wadhwancity沙工程技术学院,印度古吉拉特邦
本金,C.U.国王学院的工程和技术、Wadhwancity印度古吉拉特邦

文摘

地球75%被水覆盖,河流和海洋。水下传感器网络使能技术,并成为越来越流行的监测面积广阔的海洋。水下传感器网络由一个变量数量的传感器部署在一个给定的区域执行监视任务。UWSNs提供countinuous监测海洋采样网络等各种应用程序、污染监测、水下检测、灾害预防等。在本文中,我们讨论水下传感器的内部结构,我们讨论了水下传感器网络的文献,对二维和三维水下传感器网络不同的体系结构进行了讨论,我们还讨论了在水下传感器网络应用程序和主要问题或问题。

关键字

无人水下潜航器UWSN, UW-sink、AUV,路由

介绍

地球大部分被水覆盖。这主要是未开发的地区,最近对探索人类表现出兴趣,水声传感器网络(UW-ASN)包含一个变量数量的传感器部署在一个特定区域执行监视任务。许多灾害发生在最近的过去使人类极大地监测海洋环境科学、环境、军事需要等等,为了执行这些监控任务行业正朝着部署传感器节点在水中表现出兴趣。

TWSNs由射频通信的环境中运作。然而,射频通信并非最优水下应用程序的通信通道,因为极为有限的射频波在水下传播。导电海水只在额外的低频率(30¡300 Hz),需要大型天线,传动功率高。因此,在水下网络链接是基于声波无线通讯[1]典型的物理层技术在水下声通信网络。

音响通信,而更可靠和健壮,带宽是有限的。水下音响之间的利率5 kb / s和20 kb / s,这是极其缓慢的相比,在空中射频率(Gb / s) [1]。

答:水下传感器的内部结构

水下传感器的内部架构图一所示。

在内部结构上的cpu板控制器、传感器接口circuitary,音响调制解调器、内存、电源和传感器主要组件[2]。

它由主控制器与传感器通过一个传感器界面的界面circuitary。CPU或控制器接收来自传感器的数据并存储在内存、处理和发送通过音响调制解调器anothere传感器。有时所有的传感器组件受海底仪器保护框架设计允许方位全方位沟通,和保护的传感器和调制解调器的潜在影响拖网捕鱼装置[2]。

在本文中,我们讨论了水下传感器网络的文献调查2节。在第三节,我们讨论了水下传感器网络的主要有用的应用程序。在第四节我们讨论了目前使用的不同类型的架构,在水下传感器网络。在第五节我们零件我们讨论了水下传感器网络的主要挑战或问题。

二世。文献调查

陆地传感器网络和水下传感器网络在许多因素是不同的。陆地传感器网络之间的比较和水下传感器网络波形[2]。

一个。信号:陆地传感器网络有无线电sgnal将使用但在水下传感器网络有音响信号将因为使用无线电信号将与额外的低频所以不能在水下旅行是不可行的。

B。力量:在水下传感器网络功率要求更比较陆地传感器网络由于信号将在水介质和旅行的另一个原因是高距离传感器和复杂的环境中。

C。记忆:在地面传感器存储容量有限但水下传感器可能需要做一些数据缓存,它需要更多的内存。

D。成本:水下传感器更昂贵而地面传感器不付出更大的代价比较水下传感器和此外水下传感器需要额外的硬件保护系统。

今天非常需求增加一些特殊的路由协议能有效地工作。当前点的水下传感器网络的研究场景与一些不同的路由协议在水下传感器网络中发挥一些特殊作用[3]。

主要有四个家庭在水下传感器网络协议。

1)基于洪水的路由协议

2)基于多路径的路由协议

3)基于簇的路由协议

4)基于其他的路由协议

基于洪水的路由协议:在纳德基于洪水的路由协议传输数据包到所有其他节点传输范围内。有许多协议基于洪水的家庭像HH-VBF敌手(基于向量的转发协议),DBR(基于深度的路由协议),FBR(聚焦光束路由协议),HH-DAB (hop-byhop动态基于地址的路由协议),SBR-DLP(与目标位置预测基于路由)等。

基于多路径的路由协议:在基于多路径有一个以上的路径是建立从源节点到目标节点。在基于多路径的路由包括温斯顿et al。计划,达里奥Pompili et al。计划,MPT等等。

基于簇的路由协议:在这个类型的方案有群节点。在这个计划有两种类型的节点,簇头节点和集群成员节点。在基于集群包括MCCP(最低成本集群协议)、duc(分布式水下集群方案),水电等。

基于其他的路由协议:在杂项基于协议包括适应性、ICRP(基于信息携带的路由协议),phero-trail等等。

三世。应用程序的水下传感器网络

答:最快的方式寻找水下信息:水下传感器的最新和最快的方式找到的信息可以在水下传感器网络这个信息不仅有助于人类还负责人员[4]。

b .防灾:防灾也是非常重要的水下传感器网络系统能够执行的特征地震活动提供海啸警报沿海地区[4]。

c .海洋采样网络:智能水下机器人能够合作自适应采样的3 d沿海海洋环境。在3 d环境中。我们可以把不同传感器在不同深度在海洋。所以我们可以感知海洋区域在不同深度[5]。

d .环境监测:环境监测是UWSN的最重要的应用之一。在环境监测包括污染监测、监控洋流,提高天气预报是其他可能的应用[5]。

e .我侦察:音响的同时操作多个水下机器人传感器可以用来执行环境和快速检测我的喜欢对象[5]。

f .分布式战术监视:水下机器人和固定水下传感器可以协同监控区域的监视、侦察和入侵检测系统[5]。

四、水下传感器网络体系结构

UWSN架构可以用不同的方法进行分类。一个分类静态之间的歧视,semi-mobile和移动架构。另一个流行的UWSN分类方法是把UWSNs分成二维(覆盖海底)和三维(包括深度作为一个维度)。UWSN也可以单跳、种或混合(单跳单个传感器、种集群)。架构可以分为短期、时序要求严格的应用程序和长期non-time-critical应用程序。射频、光学和声学波的基础架构的另一种方式看可用UWSNs [5]。

图2显示了最常见的UWSN架构。单个节点固定在海底。他们通常规模较小,电池供电的,他们大多通过声学调制解调器传输数据。集群头也固定在海底。除了声学调制解调器。集群头配有两个声接收器,即垂直和水平收发器。使用水平收发器集群头或uw-sink与传感器节点进行通信,以[6]:

我)发送命令和配置数据的传感器。水下水槽之间的沟通将发生或集群头传感器。(二)收集监测数据。传感器之间的沟通将发生集群头或下沉。集群头通过水平声学通信模式与其他集群中的各个节点。数据传输从节点到集群头可以单跳(直接传达到每个节点集群头)或种。在种情况下路径,在陆地传感器网络[6],由源传感器传送的数据,直到它到达uw-sink中间传感器。这将导致节省能源和提高网络容量,但增加了路由功能的复杂性。垂直收发器uw-sinks继电器数据使用一个表面。垂直收发器必须为深水远程收发器应用程序作为海洋可以深达10公里。表面站配备一个声波收发器能够处理多个并行通信与uw-sinks部署。 Finally base or suface station will send the sensed data to on-shore base station via RF signal[6].

不像TWSNs,簇头节点的硬件不同于所有其他节点,因为它有额外的功能,比如与海洋表面直接通信链路。因此,一个受欢迎的TWSN集群头切换功能(增加整个网络生命周期有效分配节点)之间的能耗不能利用inUWSNs。同时,集群头可能是最security-vulnerable组件UWSNs军事应用,因为它是一个单点故障节点。

图3显示了另一个3 d UWSN架构。三维水下网络是用来检测和观察现象不能充分观察到通过海底传感器节点,即。、执行合作的3 d海洋环境。

浮在3 d体系结构中,传感器节点在不同深度为了观察现象。在此体系结构中每个传感器ancchored海底和eqquiped漂浮浮标可以夸大了泵。对海面浮标将传感器。传感器的深度可以调节通过调节线的长度,将传感器连接到锚,通过一个electronocally引擎驻留在传感器控制。[7]

3 d体系结构可以直接传达到所有节点表面基地或只能有集群头直接沟通的基础。在前一种情况下,所有相同类型的节点,但交流可能更能源密集型的簇头的方法。集群交头接耳集群方法只需要携带一枚远程通信调制解调器。另一方面,集群的方法是容易出现单点故障。军事应用是极其敏感的单点故障的硬件组件。

许多挑战出现这样一个架构,需要解决为了使三维监控,包括:感应范围:传感器应该协同调节他们的深度来达到完整的专栏报道根据他们的感应范围。因此可以获得所需的采样现象。

通信覆盖范围:由于在三维水下网络没有uw-sink概念,传感器表面站应该能够传递信息通过多次反射路径。因此,网络设备应该协调他们的深处,总是网络拓扑连接,即。,至少有一条路径从每个传感器表面站总是存在。

下一个架构使用水下机器人和UUVs作为网络节点。图4.3显示了一个示例的架构。

这种架构的主要重要的因素是一个移动的节点。网络中移动节点将额外控制的复杂性。除了网络消耗更多的权力,因为他们消耗额外的权力由于力或运动的移动节点在水里。而且移动节点是不可靠和更短的一生。

移动和静态架构有一些优点和缺点。所以我们需要混合架构来强调或underlne两者优点的架构。混合架构,包括使用两个移动节点和静态节点,我们可以发送我们感觉到数据有效地从地板上传感器表面站[7]。在这个体系结构中移动节点遍历在静态字段或静态传感器和完成点对点通信。静态传感器节点传输数据到水面站通过移动节点[8]。

在水下传感器网络诉的问题

答:更加昂贵设备:水下传感器设备更昂贵。没有更多的供应商提供这些这样的设备,因为这些设备是研究面向活动的一部分。水下传感器设备市场上不容易[9]。

b .硬件保护要求:水下设备更昂贵。所以设备需要保护或硬件保护反对水[9]。

c需要大功率交流:在水下传感器通信需要更多的权力,因为数据传输将在水介质中完成的。因此,在水更多的电是需要进行数据交换。UWSNs之间的沟通可能是UWSNs面临的最大挑战。指出路径损耗(衰减和几何扩散),噪音(人为和环境)、多路径、高传播延迟和多普勒扩散,可以极大地破坏或降低水下通信信道。另一个问题是标准声学传感器不能同时发送和接收。水下网络通信因此总是halfduplex [10]。

g .传播延迟:传播延迟是水下传感器网络的主要问题。音响的传播渠道在水下数量级高于陆地传感器网络[10]的无线电频率。

h .定位:定位意味着在水下传感器网络找到的位置传感器。本地化是另一个主要的问题有待解决。本地化数据标签是具有挑战性的因素是需要一些关键应用程序需要数据没有时间延迟[10]。

我有限的电池供电:UWSN一生是一个广泛的研究领域。UWSNs遭受一个传感器的污染和腐蚀。电子元器件,如电池,往往会降低速度极低温度下如发现深的水下。因此,USWN一生比可比TWSN的生命周期短。在水下传感器电池的能力都是有限的。更短的寿命增加了重置成本因为水下传感器电池不是起动[10]。

j .带宽大小限制:在水下传感器网络带宽是另一个大问题。因为带宽大小是有限的[11]。

k .可靠性:这是其中一个主要的设计问题的可靠传递感觉数据地表下沉或水面是一项具有挑战性的任务比较将收集到的数据转发给控制中心或在岸站[11]。

f .临时损失:临时损失意味着包丢失时连接时间和数据包发送时间[11]。

六。结论

在本文中,我们introdused水下传感器网络。我们目前的水下传感器网络的主要应用。在本文中,我们还introdused水下传感器网络的体系结构,路由的家人和水下传感器网络的主要挑战。

我们计划继续UWSN研究。我们预计在物理层相当数量的时间,因为许多挑战我们的论文中概述UWSN直接相关的物理层。我们也希望时间在水下传感器网络高效的路由。

引用

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