水下传感器网络设计关键技术研究

随着世界各国海洋开发和海洋军事领域的飞速发展,水下传感器网络成为一个新的研究热点，其广阔的应用前景,引起了学术界和军事界的高度重视。设计实时容错的水下传感器网络在理论上是一个挑战，在实践上也是一个重要的课题。然而这个问题到目前为止研究不多，且由于水下传感器网络与陆地传感器网络在部署环境、传输方式、应用需求等方面有很大的不同，以往的研究成果和方法并不适用于水下传感器网络。本项目将研究满足覆盖性、时效性、容错性、能量有效性、花费有效性等要求的水下传感器网络的网络设计问题。主要研究:(1)水面网关和水下Sink节点的部署问题；（2）三维环境下的几何路由协议的设计；（3）满足监控覆盖的传感器节点调度问题。在这个研究中我们将用图论，整数线性规划，组合优化等来模型化我们所研究的问题，利用近似算法设计的技巧和一些数学理论如几何性质来设计算法从而发现有效的解。

水下传感器网络成为一个新的研究热点，有其广阔的应用前景。设计实时的容错的水下传感器网络在理论上是一个挑战，在实践上也是一个重要的课题。本项目针对满足覆盖性、时效性、容错性、能量有效性、花费有效性等要求的水下传感器网络的网络设计问题进行了深入的研究，取得了不少好的结果。所得到的结果具有重要的理论意义和应用价值。.我们根据项目研究计划从如下几个方面进行了深入细致的研究：. (1)我们从水面网关节点、转发节点的布局上进行了研究： 为了保证水下传感器网络的性能，一个可行的方法就是在水面放置网关点。 我们研究了连通和容错的水面网关放置问题， 以保证水下传感器节点数据能传输到基站和在节点失效的情况下水下传感器节点数据也能传输到基站。 我们分别提出了多项式时间的近似算法。另外一个方案就是在水下放置转发节点以保证水下传感器网络的连通性及其他的QoS的要求。我们希望放置最少的转发节点但需要保证网络的性能如低干扰等。 我们首先证明了这个问题是NP困难的，提出了两个近似算法。.（2）三维环境下的几何路由协议的设计：已存在的关于三维空间的几何路由要么是不能保证绝对的传输要么只能适应于特殊的三维网络结构。 对于一般的三维网络中保证绝对的传输问题，我们基于狄洛尼三角剖分网络中的特殊角度迭代提出了一系列的算法，证明了其系列算法能保证确定性的传输。另外，我们针对保证绝对的传输提出了一个无节点记忆的几何路由算法。 我们的算法采用先划分3D空间为一些立方体， 把在顶点上的路由问题转化成在立方体上的路由问题， 我们的算法可以保证绝对的传输， 而且是完全局部的。.（3）水下传感器网络定位技术的研究：定位技术是三维水下传感器网络研究的基本问题也是重要问题之一。 定位技术是目标探测， 路由协议等的基础。 我们对网络结构没有任何额外信息的水下传感器网络提出了一个低花费无需测距的定位技术。.（4）针对传感器网络的连通控制集、各种各样的监控覆盖、数据收集与分发等问题做了深入细致的研究。 在这些研究中我们将这些问题转化成相应的整数线性规划和组合优化等问题，利用近似算法设计的思想对各种问题设计出了其近似算法。