水声网络中生物友好的网关部署优化.pdf

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2019-12-01 发布于天津
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第３９卷第８期东北大学学报 ( 自然科学版 ) Ｖｏｌ.３９ꎬＮｏ.８２０１８年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ) Ａｕｇ. ２０１８　ｄｏｉ:１０.１２０６８/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－３０２６.２０１８.０８.００４水声网络中生物友好的网关部署优化１１２１金志刚 ꎬ王　宁 ꎬ吴菁晶 ꎬ苏毅珊 (１天津大学电气自动化与信息工程学院ꎬ天津　３０００７２ꎻ２东北大学计算机科学与工程学院ꎬ辽宁沈阳　１１０１６９) 摘　　　要: 海洋哺乳动物与水声传感器网络共享水声信道ꎬ导致网络端到端延时增加ꎬ数据包投递率降低. 针对这一问题ꎬ提出一种生物友好的水声网络多网关部署优化策略.该策略以网关作为网络的数据汇聚中心ꎬ 用统计学方法确定海洋哺乳动物位置ꎬ并根据水声信道模型计算生物干扰半径ꎬ从而确定生物－网关干扰区域.以最小化网络端到端平均时延为目标ꎬ联合整数线性规划和贪婪－交换启发式算法优化网关部署.仿真结果表明:与随机部署和不考虑生物干扰的网关部署方法相比ꎬ采用本文策略使端到端时延降低６２％和５２％ ꎬ 数据包投递率提高３６％和１９％ . 关　键　词: 水声传感器网络ꎻ生物友好ꎻ网关ꎻ端到端时延ꎻ贪婪－交换算法中图分类号: ＴＰ３９３　　　文献标志码: Ａ　　　文章编号: １００５－３０２６(２０１８)０８－１０８０－０６Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ￣ＦｒｉｅｎｄｌｙＯｐｔｉｍｉｚｅｄＧａｔｅｗａｙＤｅｐｌｏｙｍｅｎｔｆｏｒＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ１１２１ＪＩＮＺｈｉ￣ｇａｎｇ ꎬＷＡＮＧＮｉｎｇ ꎬＷＵＪｉｎｇ￣ｊｉｎｇ ꎬＳＵＹｉ￣ｓｈａｎ (１ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３０００７２ꎬＣｈｉｎａꎻ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１６９ꎬＣｈｉｎａ. Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ:ＳＵＹｉ￣ｓｈａｎꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｙｉｓｈａｎ.ｓｕ＠ｔｊｕ.ｅｄｕ.ｃｎ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｎｏｖｅｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ￣ｆｒｉｅｎｄｌｙｏｐｔｉｍｉｚｅｄｇａｔｅｗａｙｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｆｏｒｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎｃｒｅａｓｅｄｅｎｄ￣ｔｏ￣ｅｎｄｄｅｌａｙａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｐａｃｋｅｔｄｅｌｉｖｅｒｙｒａｔｅｃａｕｓｅｄｂｙｍａｒｉｎｅｍａｍｍａｌｓｓｈａｒｉｎｇｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｗｉｔｈｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ. Ｇａｔｅｗａｙｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｄａｔａｃｅｎｔｅｒｓｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓａｎｄｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｍａｒｉｎｅｍａｍｍａｌｓｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｗｉｔｈｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓ. Ｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｒｅｇｉｏｎｏｆｍａｍｍａｌｓ￣ｇａｔｅｗａｙｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙａｃｏｕ