水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度策略研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(UWSN)在水下污染監(jiān)測、海洋數(shù)據(jù)收集、災(zāi)害預(yù)警、航行輔助、軍事監(jiān)控等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。由于水下節(jié)點通常由電池供電，且續(xù)電困難，節(jié)能是UWSN的一個重要研究課題。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目，研究UWSN的資源調(diào)度策略，以降低網(wǎng)絡(luò)的能耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。
　　首先，針對UWSN的數(shù)據(jù)包通信，研究數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中的中繼節(jié)點選擇問題，以及通信過程中的功率調(diào)度問題。對于水底固定節(jié)點間的數(shù)據(jù)包傳輸，提出

2、了延時約束下的低能耗中繼節(jié)點選擇策略。對于兩個節(jié)點間的直接數(shù)據(jù)通信，提出了基于誤碼率的功率調(diào)度策略，實現(xiàn)了有效數(shù)據(jù)通信過程中的能耗最優(yōu)功率調(diào)度。對于水下節(jié)點與基站之間的通信問題，研究了泛洪路由過程中的功率調(diào)度問題，通過調(diào)節(jié)發(fā)送功率來控制泛洪區(qū)域，實現(xiàn)了低延時、低能耗的數(shù)據(jù)包發(fā)送。
　　其次，考慮到水聲通信可用頻段較小的特點，研究認(rèn)知水聲系統(tǒng)的接入調(diào)度問題?？梢詫⒅饕脩舻男诺罓顟B(tài)描述為一個隱馬爾可夫模型，水下節(jié)點根據(jù)歷史的觀測信息

3、不斷地識別隱馬爾可夫模型，并基于貪心策略選擇空閑概率最大的信道進行檢測和接入?？紤]到可能存在一些惡意的干擾者為了阻礙水下節(jié)點的通信會故意地占用某些信道，本文提出了抗干擾信道檢測策略。
　　然后，研究了線性最佳無偏估計下的UWSN資源調(diào)度問題，通過合理分配每個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的能耗。當(dāng)水下傳感器節(jié)點的量測噪聲方差已知時，可以將資源調(diào)度問題描述為一個庫恩塔克問題，通過求解該問題可以實現(xiàn)能耗最優(yōu)的資源調(diào)度。當(dāng)節(jié)點的量測噪聲方差

4、未知時，利用實際估計均方差與預(yù)計估計均方差之間的偏差來動態(tài)調(diào)節(jié)調(diào)度策略，直至估計的均方差收斂至均方差約束條件。考慮到系統(tǒng)對估計任務(wù)有軟實時性要求，通過增加冗余節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)了軟實時約束下的資源調(diào)度，當(dāng)每跳數(shù)據(jù)包延時不確定性較強的時候，該方法在能耗性能上有一定的優(yōu)勢。
　　最后，研究了水下多目標(biāo)定位過程中的節(jié)點狀態(tài)調(diào)度問題。利用主被動相結(jié)合的方式，首先通過被動式方法確定目標(biāo)的大致區(qū)域，然后讓該區(qū)域附近的一些節(jié)點切換至主動定位