基于簇结构的水声通信网络拓扑算法研究

水声通信网络通常可以采用平面结构或分簇结构，但是在网络规模较大并需要提供一定的服务质量支持时，分簇结构的网络性能明显优于平面结构。分簇结构的研究目前主要集中于无线网络领域，对水声通信网络的相关研究报道却及少。本项目以水声通信网络平面拓扑结构为基础,结合水声信道的时变、间歇连通等特点，对水声通信网络分簇结构进行研究，通过解决水声通信网络分簇结构中的簇首选择算法、簇更新及维护机制、网络扩展及簇间通信策略等几个相关理论问题，建立一种新的适合于水声通信网络的分簇处理方法，并将该理论应用到水声通信网络的处理中，解决水声网络路由、功率控制、管理及扩展等方面，从而验证理论的性能。研究的意义在于一方面发展和完善水声通信网络分簇结构的应用基础研究；另一方面在水下分布式区域探测网通信网络、海洋信息采集网络、海洋勘探等水下科学研究方面都具有广阔的应用前景。

本项目分析了现有的无线传感器网络分簇路由协议，结合水声通信网络自身的特点，以节省网络能量消耗、延长网络生命周期为目标，设计了二维分簇算法，并结合功率控制技术研究了基于分簇结构的虚拟骨干路由协议。在此基础上进一步研究了水声三维通信网络分簇算法和路由协议。该项目主要研究工作包括如下几个方面。首先， 针对二维水声通信网，研究了几种不同的节点布放方案及路由协议，有规则网格布放算法、三角网格布放算法、线形布放算法及其扩展、网关最优布放算法。其次，针对二维水声通信网络，设计了分簇路由协议中簇头节点的选择及普通节点的入簇算法，并结合功率控制技术解决了簇间虚拟骨干网的路由查找问题。再其次，建立了三维水声通信网的分布式节点布放算法及能量消耗模型，设计了一种基于分层的水下三维网络的分簇路由协议。最后，设计了一种基于簇结构簇间数据传输 协议，通过优化传感器节点的信道竞争过程，结合人工蚁群算法设计了传输能耗的优化方案。.通过三年的项目研究，完成了预期的研究任务，取得了预期成果，其中EI、SCI收录论文5篇，发明专利4项，培养研究生6人。