水下无线传感网络wsn国内外研究进展综述

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1、.水下无线传感网络（WSN）国内外研究进展综述一.研究背景与意义21世纪是人类开始全面研究海洋特性并认识、开发、保护海洋的新世纪。海洋经济占各国经济的比重越来越高。水下无线传感器网络已经成为各国重点研究的方向。水下无线传感器网络已经广泛的应用在灾难预警、污染物监控、水文数据的监测和采集、海洋资源勘探、辅助导航和海洋军事等众多领域。无线传感器网络集成了传感器、微机电系统和网络三大技术，是一种全新的信息获取和处理技术。二.无线传感网络的简介（1）无线传感器网络构成无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，简称WSN)被认为是2

2、1世纪最重要的技术之一，它将会对人类未来的生活方式产生巨大影响。麻省理工学院的《技术评论》杂志(TechnologyReview)评出了对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，无线传感器网络位于这十种新技术之首。无线传感器网络是由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成，借助于节点中内置的各种传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的信息。（2）无线传感器网络的节点无线传感器网络典型的体系结

3、构下图所示。节点具有传感、信号处理和无线通信功能，它们既是信息包的发起者，也是信息包的转发者。通过网络自组织和多跳路由，将数据向网关发送。网关可以使用多种方式与外部网络通信，如Internet、卫星或移动通信网络等，大规模的应用可能使用多个网关。节点由于受到体积、价格和电源供给等因素的限制，通信距离较短，只能与自身通信范围内的邻居交换数据。要访问通信范围以外的节点，必须使用多跳路由。为了保证网络内大多数节点都可以与网关建立无线链路，节点的分布要相当的密集。传感器网络节点具有以下几个典型组件：无线电收发装置（带有内部天线或外部天线连接装置）、

4、微型控制器、传感器、数据采集接口、存储器、水声通信器，以及电源（通常为电池或嵌入式能量收集装置）等。...三．水下无线传感网络通信的局限性水下传感器网络与陆地无线传感器网络有很大不同,其中最为重要的在于通信方式的不同。虽然都属于无线通信,但陆地无线传感器网络使用无线电实现通信,水下无线传感器网络使用水声通信。尽管无线信道相对于有线信道在通信速率、信道质量上都相差很多。由于海洋表面和海底的反射，以及由温度和盐度差异在海水中形成的虚拟分层具有不同的反射和折射特性，导致了声波传播的多径效应。因此，水下通信链路质量差、误码率高。声波在水中的传播速度

5、较慢，比空气中的无线电波传播速度要低五个数量级，大致在1500m/s。这样会因为节点自身的移动性而导致更加严重的定位误差。潮汐、水流、海面风浪等，甚至雷雨、船舶经过都会带来环境噪声。相对来说深海的噪声比较稳定，而在浅海特别是近海、海湾和港口，随时间和地点的不同，环境噪声会有显著的变化，带来不对称的信噪比，影响节点的定位精度。无线传感器网络节点具有能量有限、通信能力有限、计算/存储能力有限、部署随机等特点。水下无线传感器网络还面临更多的困难。在水下无线电和光都无法传输，因此节点通过声波进行通信。四.传统的水下传感器的使用在工业领域，已经有许多

6、利用水下传感器收集水质、水温等数据的应用。传统的做法是部署一批水下传感器，通过传感器收集需要的数据，经过一段时间后，人工回收这些传感器，然后读取出传感器收集到的数据，再对数据进行分析、处理和利用。效率及其低下，不具有实时性，检测的范围狭窄。五.较为先进的水下无线传感网络（1）现代水下无线传感网络优势与挑战水下无线传感器网络具有显著优势：首先，水下无线传感器网络节点可以实时采集数据，然后通过网络即时将数据传输到汇聚节点，数据的即时性使得灾难监测等应用成为可能；其次，由于数据被即时传输至汇聚节点进行分析处理，传感器节点无需长时间存储保留这些数据

7、，从而解放了节点的存储空间；另外，还省去了人工回收传感器的工作。所以水下无线传感器网络具有相当大的技术优势，发展前景广阔。水下环境复杂，通信条件非常恶劣。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

8、应用于水下，必须研究适应水下网络特点的新协议。因此，水下无线传感器网络设计时必须应对通信高延时、高丢包率等难题。同时，由于水流等因素的影响，节点的位置往往不固定，这使得通信、定位