认知水声网络频谱分配与路由决策研究

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1、认知水声网络频谱分配与路由决策研究ResearchonSpectrumAllocationandRoutingDecisioninUnderwaterCognitiveAcousticNetworks学科专业：信息与通信工程作者姓名：王健指导教师：金志刚教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要近年来，水声传感器网络的研究与应用得到了广泛的发展，人们的开发与利用使海洋经济得到了迅速的提高与发展，同时也对海洋的生态环境、海洋中生物的正常生活造成了不小的影响，这对海洋工作研究学者们是一个巨大的挑战。这一系列问题制约着水声传感器网络的发展，急需

2、设计合理有效的解决方案。本文针对海洋哺乳动物与传感器节点共存的水下传感器网络环境，设计了生物友好的认知水声网络频谱分配算法与路由协议。研究认知水声网络体系结构，将认知技术应用于水声传感器网络中，避免海洋哺乳动物与传感器节点的相互干扰。设计了一种生物友好的认知水声网络频谱分配算法——MMF-CASA、生物友好的认知水声网络路由协议——BF-CAR。将海洋哺乳动物作为主用户，传感器节点作为次级用户，实现水下稀缺的频谱资源利用率的最大化，同时使得在二维、三维水声传感器网络通信中实现路径可达。通过仿真实验分别对频谱分配算法与路由协议进行验证，仿真结果表明，采用

3、MMF-CASA方法能够避免传感器节点通信对海洋哺乳动物间通信的干扰，使网络的频带利用率和系统容量分别提高了37.4%和34.2%，BF-CAR协议提高了数据包的投递率，降低了节点的能耗，端到端的延时性能有了较大改善。该算法与协议的提出为实现生物友好的认知水声网络通信提供了一定的理论价值和现实价值。关键词：认知水声网络，生物友好，频谱分配，功率控制，绕路路由IABSTRACTInrecentyears,theresearchandapplicationofunderwateracousticsensornetworkhasbeenwidelydevel

4、oped.Themarineeconomyhasbeenenhancedanddevelopedrapidlywiththedevelopmentoftheattentionofthewordmarinerightsandinterests.However,thesebehaviorshaveaconsiderableimpactonmarineecologyandthenormallifeofthecreaturesinthesea,whichisagreatchallengeformarineworkresearchers.Theseproblem

5、slimitthedevelopmentofacousticnetwork.Reasonableandeffectiveresolutionsareneededdesperately.Inthisthesis,marinemammalsandmanmadeacousticsystemsharethelimitacousticspectrum.Toovercometheinterferenceamongthesetwosystems,anovelmarinemammal-friendlyspectrumallocationalgorithmrelated

6、routingprotocolareproposeddedicateforunderwatercognitiveacousticnetwork.Cognitivetechnologyisappliedtounderwateracousticsensornetworkstoavoidinterferencebetweenthesensornodesandthemarinemammals.Finally,themarinemammal-friendlycognitiveacousticnetworksspectrumallocationmechanisma

7、ndalgorithmandbio-friendlycognitiveunderwaterroutingaredesigned.Themarinemammalsareconsideredastheprimaryuserandthesensornodeisusedasthesecondaryuser,whichcanachievethechannelsharingoftheprimaryuserandthesecondaryuser,aswellasmaximizingthespectrumefficiency.Andtheresultsindicate

8、thattheschemecanovercometheroutingfailureproble