水下无线传感网络

水下无线传感网络水下无线传感网络十．水下无线传感网络

水下无线传感网络与陆地无线传感网络的不同特点的具体表现水下无线传感网路通信技术水下无线传感器节点的组成水下无线传感器网络体系结构水下无线传感网络的定位水下传感器网络部署在极其复杂可变的水下环境中，主要利用水声进行通信，有着许多与陆地无线传感器网络不同的特点，具体表现在：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应用于水下，必须研究适应水下网络特点的新协议．1.水下无线传感器网络通信技术50～120am因此，无线电波只能实现短距离的高速通信，不能满足远距离水下组网的要求．2）.激光通信：蓝绿激光在海水中的衰减值小于0.01dB／m，对海水穿水下网络中的应用．不过，它适合近距离高速率的数据传输。3）.水声通信：目前水下传感器网络主要利用声波实现通信和组网．最早20502080年代20世纪90年代DSP水下声学传播特征：高时延和时延的动态变化；水声信号衰减大，通信信道带宽低；多经效应严重；传输误码率高。2.水下无线传感器节点的基本组成主要由控制器(CPU)、存储器、传感器和水声调制解调器等组成。3.水下无线传感器网络体系结构按其监测的空间区域不同大致可分为：1）.二维监测网络：在该模型中，传感器节点被锚定在海底，监测信息AUV定时收集，或直接发往浮在水面上的基站，然后通过无线电与卫星、船舶或岸上陆基基站，最终将海底监测信息实时地传送给用户．2）3D3D监测网络固定3D监测网络：可由带有气囊的水下节点锚定在海底，形成固定的监测网络．或利用海面浮标，将节点下降到不同的深度，也可以形成3D监测网络。3D、水下滑翔机等单独组成网络，或与固定节3D混合监测网络．3）立体监测网络：由水面上的无线传感器网络和水下传感器网络组成，二者结合为一个统一的网络，水面网络部分利用无线电通信。4．水下路由协议（1）一种基于表驱动路由协议设计思想的选优能量路由协议根据路由驱动方式的不同，可以将路由协议分为主动式(Proactive)路由协议和被动式(Reactive)路由协议HJ。主动式路由协议也叫表驱动路由协议，也即网络中的每个节点采用周期性广播路由信息，通过交换路由信息主动地寻找路由，建立并记录一张或几张到达目的节点的路由表。当源节点需要发送数据时，可以从路由表中立即查出指向目的节点的路由，从而减小数据传输的时延。被动式路Routing。.水下无线传感器网络能量路由协议的仿真研究.传感技术学报.2011，24（6）:905-908（2）种基于前向簇头与前向网关的无线路由协议(FFBR)sink的方向性节能路由。sink节点、网络能耗均衡，以减小水声通信高延迟和高能耗带来的不利影响。FFBR协议比DSR协议能更好地适应水声高延迟、高能耗通信环境，不但有较高的连通率，而且能节省网络能量，提高数据传输的及时性。.一种适合水下无线传感器网络的能量有效路由协议.8，（1：5.水下无线传感器网络的定位特点：水下不能直接使用GPS；水下信道带宽低，通信开销大的协议不适用于水下；节点随海流的移动等．分为基于测距的定位和基于非测距的定位．（1）基于RToF的协作式节点定位算法RToF测距算法，可以减少对时钟同步的要求。RToF(roundtriptimeofflight)L91：如果发射机和接收机属于不同时钟域或无10d的表达式为图10 返传播时间其中，T0表示发射机发射信号的时问，T1表示接收机收到信号的时间，T2为声音在水中的传播速度(1500m／s)。由于(T3T0)T2T0)分别属于发利用任意2个相邻节点间的距离，采用了协作式定位(cooperativelocalization，CL)(3个)的距离，某个未优点：信标节点很少的情况下，也能达到很高的定位精度缺点：水下无线传感器网络协作式节点定位方法2，9（0郭忠文，罗汉江，洪峰，杨猛，倪明选.水下无线传感器网络的研究进展.计算机研究与发展，0（3：孙利民，李建中，陈渝，朱红松.无线传感器网络.北京：清华大学出版社，2005.许毅.无线传感器网络原理及方法.北京：清华大学出版社，2012.水下光通信实验报告目录一、实验要求 1二、实验原理 1光通信系统的分类 1系统结构图 1光调制器 1光接收机 3无码间干扰的传输系统 3均衡器 4视频传输部分 4三、实验过程 4硬件连接部分 4软件处理部分 4四、实验结果 5参考事项 6一、实验要求1m1（HD720p）1二、实验原理光通信系统的分类光通信系统和发光二极管光通信系统。激光通信系统是使用半导体激光器作为光源；除了半LD光源虽然使用白光，但是会把信号调制在蓝绿光波长的部分。LED光通信系LED种类非常RGB白光发光二极管。蓝白光PN结发出蓝色的光，蓝光激发表面的荧光涂层产生黄光，两种光复合成白光；RGB白光发光二极管是有三中不同频率的发光二极管同时发光，复合成白光。系统结构图系统主要包括以下几个主要组成部分，点发射部分、光调制发射部分、光信道、光接收部分、点接受部分等。光调制器

2-1光通信系统结构根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制与间接调制两大类[1]。直（此处的光源可以LDLED，从而产生相应的光信号，也有人称直接调制为电源调制。直接调制后的光波电场振幅的平方比例与调制信号[1]，是一种光强度调制的方法。直接调制具有技术简单、经济、容易实现等优点，广泛使用在通信系统中。图2-2LEDLD2-3LD2-2直接数字调制图2-3LD直接调制受温度的影响间接调制是使用晶体电光效应、声光效应、磁光效应等性质，对已有激光进行调制。间接调制是激光产生之后，在激光上加载信息，也称为外调制。间接调制的种类很多，调制方法也多种多样。在表2-1中列出一些常用的调制表2-1常见的光调制方法调制方式调制方式间接调制直接调制调制法电光调制磁光调制声光调制其它电源调制利用的物理效应电光效应磁光效应声光效应电吸收效应等在图2-4,2-5,2-6中，分别展示了电光幅度调制、电光相位调制和磁光调制的系统框图。图2-4LD电光振幅调制图2-5LD电光相位调制图2-6LD磁光调制光接收机光电二极管PN结二极管，外加电场的方PN-雪崩光电二极管（APD）在设计结构上已经考虑到使它能承受高反向偏压，PN结内形成的是一个高电场区。接受光子形成的电子-空-空穴对。反向电流迅速加大，形成雪崩效应。雪崩光电二极管的灵敏度非常高。无码间干扰的传输系统一个具有线性相移和固定时延的传输系统，是可以实现无码间干扰传输的，2-7图2-7无码间干扰系统的幅频响应均衡器t11t1t2t3此外，对于高比特率的传输系统，均衡电路的主要任务是提升高频]由于LED3M，在引入均衡之后10M20M视频传输部分VLC三、实验过程硬件连接部分1.在光发射器和光接收器之间放置实验用的水箱，装入适量清水。2.将发送主机与光发送机通过网线连接，接收主机与光接收机通过网线连接。3.在光接收机端强制重新上电，对发射接收准之后，信号弱指示灯熄灭。软件处理部分1.10M全双工”IP地址，使发送主机和接受主机位于同一子网（比如：发送192.168.0.100192.168.0.101。当发PING命令通信即可。2.VLC224.0.0.0——239.255.255.255，端口号默认是：1234，这里不用更改。3展示出具体过程。3-1选择媒体源3-2选择产出协议3-3填写组播地址3.VLC3-4展示出在接收主机端的操作。图3-4填写网络流媒体的组播地址四、实验结果1展示了光