采用水下传感收集的自然环境论文范文

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1国内外研究技术发展现状和趋势

（1）中提出了一种能量自获取管理系统，其中生能器件是太阳能光伏电池和风能发电机，储能元件是锂离子电池和超级电容器，考虑到锂离子电池的自放电现象较弱，充放电的次数较少，而超级电容器则刚好相反。因此，将太阳能光伏电池作为主能源向传感器节点宫供电，并同时给锂离子电池供电，风能发电机则作为辅助电能给超级电容器充电，超级电容器充满电后便将能量快速的转移到锂离子电池中。这种采用锂电池配合超级电容器的供电方式广泛的应用在自获取能量的传感器节点中。从生能元件的角度考虑，中使用太阳能光伏电池和温差电池为生能元件，其中温差电池粘贴在太阳能光伏电池的背面，通过太阳能光伏电池工作时候的背温和环境中的温差来发电。振动的能量也能为传感器节点提供能量，振动能量采集器件可以是机电式或者压电式，其中采用压电式的装置比较多。比较了集中能量采集器的特性，并建立了相应的能量转换模型，以应用在无线传感器的网络仿真中。中自制了一种自获取水下能量的装置，利用不同的金属材料在电解质溶液中放电的原理，通过多片这样的电池为传感器节点供电，这中电池充分利用水下环境，为水下传感器网络提供了一种全新的供电方式。

（2）关于水下传感器网络节点的部署研究，国内外现在研究的比较多的是水下三维环境下的节点部署。提到了一种部署网关节点的方法来最大化网络生存时间。但是，目前针对具有自获取能量的水下无线传感器节点的部署研究还没有开始，在这样的部署条件下，传感器的部署除了要考虑水下的三维环境以及通讯媒介的改变外，还要综合考虑节点的能量以及能量采集的便利性。因此这是一个新兴的研究领域。

（3）针对于水下传感器节点的路由研究，考虑到水声信道传输的特点，水下传感器网络的路由跟陆地上的传感器网络有着明显的差异。《水下无线传感器网络能量路由协议的仿真研究》提出一种基于表驱动路由协议设计思想的选优能量路由协议能够有效的延长网络生存时间。也是采用类似的路由算法。

2.项目研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题

2.1研究目标

（1）综合考虑影响路由协议的因素，通过设定不同的影响权值来实现最优路由算法，以便于适应不同的检测环境。

（2）采用新的传输机制，降低网络的时延和传输错误率。

（3）构建基于基站式的检测网络拓扑结构，路由算法由基站根据影响因子实时调整，检测节点定时与基站同步路由算法，在降低水下传感器能耗的同时，由于其是基于基站的广播方式，提高了系统的可拓展性。

2.2研究内容

本项目旨在实现基于自获取能量的水下无线传感器网络的部署和路由研究。在项目期间，将针对于目前的所做研究结合研究目标概括以下三点主要内容：

（1）完善协议MAC层传输机制算法。

●完善课题组提出的OVSF传输机制，其依据下面公式实现不同节点之间的不相干数据传输。此机制成熟地应用在水下无线传感网络协议中，降低网络延时同时提高能量利用率。

●实现基于优先级的传输机制，最大程度优化传输路径

（2）基于基站式的路由广播机制

●基于层次分析（AHP）的路由算法，实现不同检测环境下通过调整不同的权值来优化路由协议。

●构建基于基站的检测网络拓扑结构，基站实时检测影响路由协议的因素变化情况，并且根据相应的权值计算并广播相路由协议，水下节点会依据设定的阀值来决定是不是改变目前所用传输路由协议。

（3）实现整个系统持久工作，能量来源为自获取（分为节点获取和基站获取）。

●基站是基于太阳能、风能等自然能量，采取自获取的方式来补充电池。

●节点采用在现在国外提出的生物能的基础上改进型，提出基于三个阶段数据传输算法，实现最大化利用能量的前提下去实现数据的无差别传输。

2.3拟解决的关健问题

（1）如何在自获取能量的前提下实现系统的持久工作，同时实现网络在最优的路由协议下数据通信将是本项目的重点解决难题。

（2）基于OVSF和优先级的算法：优化课题组之前提出的算法同时将算法成熟地应用在项目所提出的协议中，达到时延和能量利用率的要求。

3.项目的特色和创新之处

本项目旨在研究基于自获取能量的水下无线传感网络的部署和路由研究，和以往此方向的研究相比，本研究项目的特色和创新之处在于：

（1）采用自获取的方式来解决节点能源问题，大幅度地增加网络的使用寿命。

（2）采用OVSF码与基于优先级的传输机制，降低网络的数据传输时延。

（3）采用层次分析法来更加全面的计算路由算法参数，并且提供实时的监控，及时更新传感网络的路由协议，达到最优化数据传输。

作者：付炳炳张俊涛单位：郑州大学水利与环境学院