31、水下无线传感器网络与Koblitz曲线算法研究

水下无线传感器网络与Koblitz曲线算法研究

水下无线传感器网络节能路由方法

随着人类对海洋资源探索、开发和利用活动的增加，水下无线传感器网络（UWSN）的概念受到了越来越多的关注。这些传感器节点可用于海洋数据收集、污染监测、海上勘探、灾害预防、辅助导航和战术监视等应用。然而，由于传感器节点通常由电池供电，且在水下环境中难以更换和充电，能源约束成为影响整个网络寿命的关键因素。

为了有效利用有限的能源资源将数据中继到汇聚节点，人们提出了几种节能路由协议，如定向洪泛路由（DFR）、基于向量的转发（VBF）和聚焦波束路由（FBR）等。但这些协议都存在一定的局限性，例如DFR无法避免冗余转发数据包，VBF假设节点对自身位置有完全了解且传输范围固定，FBR存在通信区域覆盖不足、缺乏碰撞避免机制等问题。

本文提出了一种基于跨层的节能路由协议，该协议通过广播RTS和CTS数据包获取邻居节点信息，寻找节能路径，并在选择下一个中继节点时利用不同的传输功率水平。

1. 水下声学信道模型与能量消耗

   • 被动声纳方程 ：为满足接收器的要求，信号在水下声学信道中需要克服信道衰落和噪声的影响。根据被动声纳方程，当发射信号强度为SL时，接收信号噪声比必须大于检测阈值DT，即：
     [SNR = \frac{S}{N} = \frac{SL - TL - NL + DI}{DT}]
     其中，TL是水下环境引起的传输损耗，NL是环境噪声，DI是所使用水听器的指向性指数，所有单位均为dB re μPa。
   • 传