水声通信组网技术水声网络路由分解

水声通信和组网技术研究的开题报告一、选题背景随着人类社会的不断发展和海洋资源的日益开发，对海洋环境的认识和探测也越来越重要。

在这个过程中，水声通信和组网技术作为海洋通信的一种重要手段，正在受到越来越多的关注。

水声通信是一种利用水作为介质进行信息传输的通信方式，其通信系统的特点是传输距离较短，传输速率较低，在水的不同介质中传播损耗也不同。

水声组网技术则是指将多个水声通信系统组成一个网络，通过协同工作实现海洋环境监测、海底探测等功能。

二、选题意义1. 提高海洋资源开发效率水声通信和组网技术有效地解决了海洋资源开发中信息传递的问题，可以提高资源开发的效率，减少资源的损耗，为人类社会的可持续发展做出贡献。

2. 增强海洋环境监测能力水声通信和组网技术具有传输距离短、传输速率低、传输稳定等特点，对监测海洋环境、海洋生态等具有重要意义，通过对海洋环境的实时监测，早期发现海洋污染等问题，提高海洋生态的保护能力。

3. 促进国家海洋强国建设水声通信和组网技术是国家海洋强国建设的重要组成部分，通过海洋资源和海洋环境的监测，可以提高我国在国际上的话语权和地位，为我国的海洋经济发展提供有力的技术支撑。

三、研究内容和方法1. 研究内容本次研究主要针对水声通信和组网技术进行研究，具体包括：(1) 水声通信技术的基本原理和技术特点；(2) 水声通信网络模型的建立和优化；(3) 水下节点的位置解算和时钟同步问题；(4) 水声通信网络中的数据传输和路由算法研究。

2. 研究方法(1) 理论研究：对水声通信和组网技术的相关理论进行深入研究，分析其本质和特点；(2) 实验研究：通过搭建水声通信网络实验平台，进行数据采集和性能测试，验证理论分析；(3) 数学建模：针对水声通信网络中的数据传输和路由问题，进行建模和分析，提出优化算法。

四、预期成果本次研究的预期成果包括：(1) 深入研究水声通信和组网技术的理论，提高对其本质和特点的理解；(2) 搭建水声通信网络实验平台，验证理论研究；(3) 针对水声通信网络中的数据传输和路由问题，提出优化算法，优化水声通信网络性能。

水声通信及网络技术综述
杨健敏;王佳惠;乔钢;刘凇佐;马璐;何鹏
【期刊名称】《电子与信息学报》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】水声通信(UAC)及网络技术在海洋环境监测、商业领域和军事领域等诸多方面发挥着重要作用,关心海洋、认识海洋、经略海洋离不开水声通信及网络技术的发展。

该文对水声通信技术和水声通信网络(UACN)进行综述,首先回顾了水声通信技术和水声通信网络的发展,总结了水声信道的特点。

然后,对于水声通信技术中的非相干调制技术、相干调制技术以及以应用需求为导向的新型通信技术进行陈述。

随后,对于水声通信网络中数据链路层媒介接入控制协议、网络层的路由协议和跨层设计进行分类探讨。

最后,对目前水声通信及网络技术的不足进行总结,并且对未来水声通信及网络技术的发展进行展望。

【总页数】21页(P1-21)
【作者】杨健敏;王佳惠;乔钢;刘凇佐;马璐;何鹏
【作者单位】中山大学海洋工程与技术学院;哈尔滨工程大学水声技术重点实验室;工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学);哈尔滨工程大学水声工程学院;南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海);极地环境立体观测与应用教育部重点实验室(中山大学)
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.3
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第28卷第6期声学技术Vo l.28,No.6 2009年12月 Technical Acoustics Dec., 2009水声通信与水声网络的发展与应用许肖梅(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，厦门 361005)摘要：水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一，其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征，使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求，面临极大的技术挑战。

介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状，分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术，包括调制、解调技术和信号检测技术；介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。

最后简要介绍美国Teledyne Benthos 公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。

关键词：水声Modem；水声网络；水声信道；Seaweb中图分类号：TB557 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2009)-06-0811-06DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2009.06.026Development and applications of underwater acousticcommunication and networksXU Xiao-mei(Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technology,Ministry of Education, Xiamen University, Xiamen 361005, China)Abstract: Underwater acoustic channel is one of the most complex wireless communication channels. The inherent characteristics, such as space-time-frequency varying, narrow-band, high-noise, strong multipath interference, long transmission delay, and large fluctuation, make the effectiveness and reliability of underwater acoustic communication face enormous challenges. In this paper, the features and development of underwater acoustic communications and networks are introduced, the key techniques in UAC and UACN, including modulation, demodulation and signal de-tection analyzed, and the protocol layer in UACN provided. Finally the 4th generation modem made by Benthos and the US Navy‘s Seaweb Program and the perspective on development and application of UAC and UACN in China is illu-minated.Key words: underwater acoustic Modem; underwater acoustic network; underwater acoustic channel; Seaweb1 引言海洋蕴藏着丰富的资源，实现海洋观测、资源勘探与开发是当前各海洋国家最为关注的问题之一。

新型无线水声通信技术研究随着科技的不断进步和发展，各种新型技术也应运而生。

在通信领域中，无线通信技术受到越来越多的关注和重视。

而在无线通信技术中，水声通信技术也同样备受关注。

新型的无线水声通信技术是什么？该技术具有哪些特点？又在哪些领域有应用前景？新型无线水声通信技术简介水声是物理学中的一种声波，可在水中传播。

无线水声通信技术，是利用水声传播的性质，实现两端的数据交流的通信技术。

不同于传统的有线通信技术，无线水声通信技术不需要通过网络连接，具有独特的优势。

传统的水声通信技术主要应用于海洋和湖泊等水域环境下。

而新型的无线水声通信技术，可适用于更广泛的领域，如水下沉船探测、水下生态监测、水面下的管道监测等。

同时，无线水声通信技术也逐渐应用于海上船舶通信和海底查找与探测。

新型无线水声通信技术的特点新型无线水声通信技术的主要特点，是其具有较高的数据传输速率和更广阔的覆盖范围。

无线水声通信技术可以通过合理的信号设计、编解码、多址技术等手段，提高数据传输速率和传输距离。

同时，由于水声传输特性的局限性，水声通信技术通常较难实现双向通信，难以应用于即时性传输数据等领域。

但是新型无线水声通信技术，可以通过信号处理、信噪比优化和编码解码技术等手段，大幅度提高水声通信的可靠性和抗干扰性。

此外，新型无线水声通信技术还具备隐蔽性和不容易遭到干扰的特点。

无线水声通信技术往往需要具备一定的水声功率和发送指向性，才能实现信息传输。

但由于水声通信技术的传输距离较短，且在水下环境中，干扰信号较少，使得无线水声通信技术具有很好的保密性和信号安全性。

这也是无线水声通信技术在一些特殊领域得到广泛应用的原因之一。

新型无线水声通信技术在海洋领域的应用海洋是地球表面上最广袤、最神秘的生态区，也是地球重要的自然资源库。

然而，由于海洋环境的特殊性，如水温、水压、盐度等环境因素的干扰，目前海洋资源的开发和利用仍具有相当大的挑战。

同时，在海洋科学研究和海上交通等领域中，也存在着通信和信息传输方面的问题。

水声通信技术研究与应用近年来，水声通信技术在海洋科学、海洋工程和国防等领域得到了广泛的研究和应用。

水声通信技术利用声波在水中传播的特性，实现了海洋信息的传输和交流。

本文将着重探讨水声通信技术的研究和应用，以及未来的发展趋势。

一、水声通信技术的优势与其他通信技术相比，水声通信技术具有很多优势，首先是传输距离，水声波在水中传播的能量损失很小，可以在数千公里的距离内进行通信。

另外，水声通信技术实现了无线加密通信，不会被黑客攻击，保障了信息的安全性。

其次，水声通信技术应用面广泛。

在海洋科学研究中，可以通过水声通信技术对水的温度、盐度、水流等不同环境参数进行实时监测和采集。

在海底地形较为复杂的区域，水声通信技术可以实现遥感监测，提高传感器的准确度和精度。

在海洋工程领域，水声通信技术可以应用于海洋结构物的监测、声波反射、成像等方面。

在军事安全领域，水声通信技术可以应用于海洋情报搜集和反潜作战。

最后，水声通信技术可以很好地应对海洋环境的特点。

海洋环境复杂多变，但是水声通信技术可以通过适当的调节声波传播参数，如频率、方向、功率等，适应各种海洋环境。

二、水声通信技术的关键技术水声通信技术的关键技术包括信号调制、调频、功率控制、解调、数据处理等方面。

其中，信号编码调制技术是水声通信技术的基础。

常见的调制方式有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、振幅移键控（ASK）等方式。

采用不同的调制方式可以实现不同的数据传输速率和更高的传输可靠性。

调频技术是水声通信技术的重要技术之一。

随着声波在水中传播距离的增大，声波的能量会逐渐减小，导致误码率的增大。

调频技术可以增大信号传输的带宽，提高传输的速率和可靠性。

此外，水声通信技术还需要采用功率控制技术，调节发射机发射信号的功率，以确保信号的可靠传输。

解调技术是将水声信号解码为可读取的数据的关键技术，在此过程中需要有一定的噪声抑制能力和信号处理能力。

三、水声通信技术的应用水声通信技术在海洋科学、海洋工程和国防等领域都有广泛的应用。

水声通信网络路由及MAC关键技术研究的开题报告一、研究背景和意义水声通信是一种在水下进行通信的技术，具有广泛的应用前景，如海底油气勘探、海洋环境监测、海洋科学研究等领域。

在实际应用中，由于水声通信网络受水下环境条件的影响，传输数据的带宽和传输距离均受到限制，因此需要对水声通信网络进行优化设计，以提高网络的性能。

其中，路由和MAC是水声通信网络中的关键技术，对网络的性能有着直接的影响。

因此，对水声通信网络路由及MAC关键技术进行研究有着重要的理论和实践意义。

二、研究内容本论文主要研究水声通信网络路由及MAC关键技术，具体研究内容如下：1. 水声信道特性分析首先，对水声信道的特性进行分析，包括传输损耗、多径效应、噪声和时变性等。

通过对水声信道特性的分析，可以更好地了解水声通信网络的性能局限性。

2. 水声通信网络路由算法设计其次，设计适用于水声通信网络的路由算法。

针对水声通信网络的特性，设计基于拓扑结构、节点能力等因素的路由算法，并考虑功率控制、路由优化等因素。

3. 水声通信网络MAC协议设计对水声通信网络的MAC协议进行设计，考虑多址访问、帧同步、信道接入等问题。

在设计MAC协议时，需要综合考虑水声信道的特性和网络结构的影响，以优化网络的性能。

4. 实验验证和性能评估通过仿真和实验验证，对所设计的路由和MAC算法进行性能评估和实验验证。

评估指标包括网络吞吐量、网络延迟、包丢失率等，并与已有的水声通信网络技术进行比较，以验证所设计算法的优越性。

三、研究方法和技术路线在实现上述研究内容时，将采用以下方法和技术路线：1. 数据收集与分析对水声信道的特性、水声通信网络的结构和性能等数据进行收集和分析，以获得数据的基础资料。

2. 设计路由和MAC算法根据水声通信网络的特性和要求，设计路由和MAC算法，并进行仿真验证。

3. 系统实现根据设计算法和仿真结果，进行系统实现和优化，并进行实验验证和性能评估。

四、预期研究结果及意义通过研究水声通信网络路由和MAC关键技术，可以得到以下预期结果：1. 提出一种适用于水声通信网络的路由算法，并对其进行仿真验证和实验验证。

基于水声通信的浮标网络路由协议的研究与实现第一章研究背景和意义随着人类对海洋资源的开发和利用，海洋观测技术逐步成熟。

浮标作为海洋观测的重要工具之一，它可以在海面上测量海洋的水温、海面高度、风速等信息，并将这些数据传输到岸上。

但是，目前浮标网络中存在着一些问题，例如网络不稳定、数据传输速度慢等。

基于水声通信的浮标网络路由协议是一种新型的网络通信方式，它可以在无线电波无法传达的海底环境中进行数据传输。

该协议具有网络稳定性高、传输速度快等优点，因此具有较高的研究和实现价值。

第二章浮标网络路由协议原理及实现方法2.1 水声通信原理水声通信是一种利用声波在水中传递信息的通讯方式。

传输信息时，发射机将电脉冲信号转化为声波信号，通过水中的媒介传输到接收机，在接收机上将声波信号转化为电脉冲信号，实现数据的传输。

水声通信的传输距离和传输速率受到一定的限制，但在海洋环境中广泛应用。

2.2 浮标网络路由协议原理基于水声通信的浮标网络路由协议是一种分层的路由协议，由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

其中，物理层主要负责数据的传输，数据链路层主要负责信道的控制、错误检测和纠错等，网络层实现数据在不同节点间的转发，传输层为应用层提供可靠的数据报文传输服务。

该协议在传输数据时，将数据压缩成数据包，并通过物理层的声波传输到目标节点，接收端通过数据链路层对数据包进行重组，并分发给上层节点。

2.3 浮标网络路由协议实现方法基于水声通信的浮标网络路由协议的实现需要使用一些特定的硬件和软件工具。

硬件方面，需要使用水声通信设备、浮标节点、控制节点等设备；软件方面，需要利用现有的网络协议和算法，例如路由协议、数据压缩算法等。

在实现过程中，需要考虑多个因素，例如网络拓扑结构、节点间的距离、传输速率等，以保证网络的稳定性和数据传输的可靠性。

第三章实验过程和结果分析3.1 实验环境实验采用基于水声通信的浮标网络路由协议，使用三个浮标节点和一个控制节点搭建网络。

一种基于能量均衡的水声通信网混合树路由算法摘要：水声通信网在军事、能源、自然灾害预防和处理等方面均具有巨大的应用潜力。

针对当前水声通信网按需路由算法存在网络开销大、能量不均衡的问题，提出了旨在改善网络整体性能的HTREB算法。

通过采用洪泛抑制与优先使用剩余能量均方差较大的节点进行路由查找，来减少控制分组的转发，并均衡节点能量。

基于Opnet软件进行了仿真。

结果表明，与现有按需路由算法相比，HTREB算法降低了网络开销8.08% ～29.32%、端到端平均能耗4.70% ～19.86%、平均端到端延时30.58% ～71.63%，延长了网络生存期29.61%以上。

因此，HTREB算法明显改善了系统的整体性能。

关键词：水声通信网；路由算法；网络开销；能量均衡；链路权值中图分类号：TN929.3，TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）01-Abstract：UACN have great application potential in military，energy source，prevention and treatment of natural disasters. The current on-demand routing algorithms have some problems such as high network overhead and unbalanced energy consumption. To solve these problems，HTREB algorithm issuggested to improve the total performance of the networks. Based on the flooding suppression，nodes with more residual energy is preferred to find the routing，and then to reduce forwarding of controlled packets and to balance the energy consumption between nodes. The algorithm is simulated based on the software Opnet. Results show that 8.08% ～29.32% of network overhead，4.70% ～19.86% of average end-to-end energy consumption，30.58% ～71.63% of the average end-to-end delay are reduced，compared to the currenton-demand routing algorithms. Furthermore，the network lifetime is prolonged by at least 29.61%. Therefore，the total performance of the system is evidently improved through our algorithm.Key words：UACN；Hybrid-tree Routing Algorithm；Network Overhead；Energy Balance；Link Weight0 引言水声通信网（UACN）是在一定水下区域内，通过固定或移动传感器节点获取水下信息，并对节点进行声学通信和组网，再以无线形式将信息传送到岸上控制中心的智能网络[1-2]。

水下无线通信技术海洋覆盖着地球三分之二的表面积，它是人类探索和研究的最前沿的领域之一。

海洋不仅在国际商业和渔业中扮演重要的角色，而且还包含了有关气候的信息，以及大量急待开发的资源。

水下无线通信是研制海洋观测系统的关键技术，借助海洋观测系统，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染，气候变化海底异常地震火山活动，探查海底目标，以及远距离图像传输。

水下无线通信在军事中也起到至关重要的作用，而且水下无线通信也是水下传感器网络的关键技术。

水下无线通信主要可以分成三大类：水下电磁波通信、水声通信和水下量子通信，它们具有不同的特性及应用场合，下面分别进行说明。

一、水下电磁波通信（一）水下电磁波传播特点无线电波在海水中衰减严重，频率越高衰减越大。

水下实验表明：MOTE节点发射的无线电波在水下仅能传播50～120cm。

低频长波无线电波水下实验可以达到6～8m的通信距离。

30～300Hz的超低频电磁波对海水穿透能力可达100多米，但需要很长的接收天线，这在体积较小的水下节点上无法实现。

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。

除了海水本身的特性对水下电磁波通信的影响外，海水的运动对水下电磁波通信同样有很大的影响。

水下接收点相移分量均值和均方差均与选用电磁波的频率有关。

水下接收点相移分量的均值随着接收点的平均深度的增加而线性增大，电场相移分量的均方差大小受海浪的波动大小影响，海浪运动的随机性导致了电场相移分量的标准差呈对数指数分布。

（二）传统的水下电磁波通信电磁波作为最常用的信息载体和探知手段，广泛应用于陆上通信、电视、雷达、导航等领域。

20世纪上半叶，人们始终致力于将模拟通信移至水中。

水下电磁通信可追溯至第一次世界大战期间，当时的法国最先使用电磁波进行了潜艇通信实验。

第二次世界大战期间，美国科学研究发展局曾对潜水员间的短距离无线电磁通信进行了研究，但由于水中电磁波的严重衰减，实用的水下电磁通信一度被认为无法实现。