文摘

海洋覆盖地球陆地表面的75%以上,这地球上最丰富的地方。我们知之甚少的海洋,因为非凡的活动发生在深处。水下无线传感器是能够监测和记录设备周围环境的物理和环境参数,以及以连续的方式传输这些数据来源的传感器。形成的网络,这些水下无线传感器的集合称为一个水下无线传感器网络(UWSN)。性能参数的分析被认为是最有效的完成这个特定的技术。在本文中,我们将探讨各种性能参数的随机路径流动模型通过改变节点的最大速度和改变模型中节点的数目。这些参数包括平均传输延迟,平均抖动,平均pathloss比例的利用率,和能源消耗的传输、接收、和空闲模式。QualNet 7.1模拟器利用以进行分析和性能研究。

1。介绍

绝大多数的我们的地球被水覆盖,但这尚未被发现(1- - - - - -4]。这一领域的探索最近见过活动的显著上升。除了丰富的有价值的资源,它也发挥了重要作用在国防、船舶等交通和自然资源如石油管道。研究员最紧迫的问题等领域的海洋,海洋,湖泊,含有大量的天然数据(5,6]。开发人员已经能够收集和分析大量的数据在某种程度上通过创建各种UWSN协议对水下环境(7- - - - - -10]。UWSN之前研究的结果,描述该地区的背景下,作为在这一领域的基础研究。图1表明,水下无线通信的总体结构由成员节点,集群节点,簇头,广播频道,水下声信道以及表面和一个在岸链接。


图1
水下无线通信的一般结构。

无线传感器网络(网络)是一种特殊的无线网络,用于提供一个无线通信设置,即。作为一个应用水下无线通信(11]。特别的按需距离矢量(AODV),动态源路由协议(域),动态马奈按需路由协议(DYMO),位置辅助路由(LAR1),贝尔曼福特,链路状态路由协议优化(OLSR),鱼眼,源代码树自适应路由最优路由方法(STAR-ORA),区域路由协议(ZRP),源代码树自适应Routing-Least路由开销的方法(STAR-LORA),和其他的路由协议用于自主网络(12]。

流动模型描述了节点如何移动和他们的位置,速度,加速度随时间变化。关键是模拟和评估一个新的网络协议的协议性能研究。流动模型和通信协议仿真的交通模式是两个重要的参数。用户移动模式所描述的流动模型。交通模型描述移动服务的状态(13- - - - - -17]。图2代表了水下无线通信的实际情况与各个节点在不同的频率范围下海平面以及海拔。


图2
真实场景中各个节点的水下无线通信。

当考虑水下传感器网络的使用,必须确保周围的地下环境带来的潜在困难得到应有的关注和考虑(18- - - - - -20.]。主要主机条件包括连续节点运动带来的挑战和三维拓扑。此外,许多水下使用的应用程序,比如检测或救援任务,有一种倾向,是一个特别的性质(20.- - - - - -26]。

手稿被高亮显示的主要贡献如下:(我)实现水下无线传感器网络路由协议(UWSN)。(2)比较STAR-LORA和鱼眼路由协议与标准路由协议在文学,即AODV,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA和ZRP。(3)分析节能路由协议的数量增加的水下无线传感器节点。(iv)之间的权衡分析平均传输延迟,平均抖动,利用率和能量的传输和接收模式。(v)推荐合适的路由协议的基础上,针对水下无线传感器网络的性能指标。

部分2封面设计和仿真参数。部分3给网络场景的方法。节4,我们目前的临床实验的结果。部分5提供了仿真结果。最后,我们得出结论6。

2。设计和仿真参数

一般来说,UWSN的设计被认为是在各种仿真工具,如网络模拟器,OPNET, OMNET, MATLAB, QUALNET,等等,27- - - - - -33]。在这提出了网络,USWN QualNet模拟器设计的各种设计参数UWSN是用户友好。下面提到的参数UWSN网络的性能参数在不同的应用程序。UWSNs有许多研究问题影响整体网络的设计和性能如长传播延迟、高能源消耗、高动态拓扑结构(34,35]。

2.1。平均传输延迟

从源到目的地的信息成功的传播称为平均传输延迟。

2.2。比例的利用率

通信信道的吞吐量的百分比有效传输的数据包从发送节点到接收节点。

2.3。平均抖动

它指的是单个数据包之间的时间发生差异变化的结果路线或网络拥塞。为了一个路由协议更有效地工作,它应该更低。拥挤在一个网络,路由的变化,或者时间漂移可以导致抖动,导致个体之间传输数据包延迟。

2.4。平均路径损耗

术语“路径损耗”,也称为“路径衰减,”是指任何电磁波的功率密度逐渐减少的经历,因为它穿越空间。

2.5。能源消耗

电力消耗的能源消耗是节点传输的数据从他们的起源点的目的地。

3所示。网络场景的方法

3.1。现有的网络

有平易近人的现有网络可用以CBR为部署应用程序。在这提出了网络、FTP和VBR一起被认为是CBR最后比较了参数与所有三个FTP, CBR和VBR业务应用程序(13,22,26,36- - - - - -38]。

3.2。提出了网络

拟议中的场景设计在Qualnet 7.1模拟器面积1500×1500平方米。有60个节点被认为是15的节点设备,25是船舶设备,和20个传感器设备相连对文件传输协议(FTP)、恒定比特率(CBR)和可变比特率(VBR)应用程序。模拟运行时500秒。节点移动模型是将随机路径移动的最小速度1.5米/秒,最高3到10米/秒的速度。最初的路由协议AODV和安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA。我们检查图表在模拟器运行测试。因此,我们获取必要的性能指标:平均传输延迟,平均抖动,平均pathloss比例的利用率,和能源消耗的传输、接收和空闲模式。图3和图4代表提出的水下无线通信场景各个节点在x - y和3 d可视化。图5和图6代表提出的水下无线通信场景各个节点在x - y和3维可视化[39,40]。


图3
提出了水下无线通信的场景与各个节点在x - y可视化。

图4
提出了水下无线通信的场景在3维可视化各个节点。

图5
运行时提出了水下无线通信的场景与各个节点在x - y可视化。

图6
运行时提出了水下无线通信的场景在3维可视化各个节点。

聚类算法可以使用集中或分散的方法,以选择的CHs最有帮助。使用集中的方法时,所有必要的标准选择CHs编译在单个节点(通常是废话),然后进行比较,分析和处理。集中技术的费用可以禁止大型和/或动态网络,特别是当CHs是频繁的基础上选择。是这种情况尽管他们的发现有潜力成为普遍是因为他们比较所有节点。几个管理数据包的传输,可以对网络资源的很大的压力,通过这样的系统是必需的。分布式技术的开销降低,但选择的CHs,这些系统往往无法与所有的生产要求的网络,因为网络信息,他们(即有限。,只有邻居节点)。

3.3。随机路标流动模型

这种模式通常用于评估路由协议的有效性在UWSN由于它的简单性和广泛的可用性。这个模型的远程节点利用任何随机位置随着目的地和一个随机选择的直线通过constand速度。花费的时间节点到达的目的地称为长度和是由远程节点的暂停时间。这是重复的节点在整个模拟过程中(15]。

4所示。临床实验的结果

在本节中,提出UWSN网络场景的流程图如图7。流程图,根据节点随机部署完成的路径创建节点。之后,它需要生成交通配置必需的参数和模拟UWSN测试环境。


图7
UWSN流程图的场景。

也临床实验的结果,如平均传输延迟,平均抖动,avrage路径损耗,比例的利用率,engery消耗在传输,rereive,得到空闲模式和在下面讨论的数字8(一个)- - - - - -17 (g)代表FTP应用程序。数据(18日)- - - - - -27 (g)描述VBR申请各种路由协议AODV等安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP和STAR-LORA FTP、CBR和VBR应用课件。这些结果来自Qualnet模拟器在不同应用程序层。

(一)
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图8
(一)能源消耗AODV的FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的AODV FTP部署。(c)空闲模式能耗AODV的FTP部署。(d)为FTP部署AODV的平均传输延迟。(e)的百分比利用FTP AODV的部署。(f)平均pathloss AODV的FTP部署。(g)平均单播抖动AODV的FTP部署。
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图9
(一)能源消耗的动态安全域的FTP传输模式部署。(b)接收方式的能源消耗为FTP部署安全域。(c)空闲模式的能源消耗为FTP部署安全域。(d)为FTP部署安全域的平均传输延迟。(e)的利用比例为FTP部署安全域。(f)平均pathloss FTP的安全域部署。(g)的平均单播抖动为FTP部署安全域。
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图10
(一)能源消耗的DYMO FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的DYMO FTP部署。(c)空闲模式能耗的DYMO FTP部署。(d)的平均传输延迟DYMO FTP的部署。(e)的百分比利用DYMO FTP的部署。(f)的平均pathloss DYMO FTP的部署。(g)的平均单播抖动DYMO FTP的部署。
(一)
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(b)
(c)
(c)
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(f)
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图11
(一)能源消耗的LAR1 FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的LAR1 FTP部署。(c)空闲模式能耗的LAR1 FTP部署。(d)的平均传输延迟LAR1 FTP的部署。(e)的百分比利用LAR1 FTP的部署。(f)的平均pathloss LAR1 FTP的部署。(g)的平均iit LAR1 FTP的部署。
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(c)
(c)
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图12
(一)能源消耗OLSR的FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的OLSR FTP部署。(c)空闲模式能耗OLSR的FTP部署。(d)为FTP部署OLSR的平均传输延迟。(e)的百分比利用FTP OLSR的部署。(f)平均pathloss OLSR的FTP部署。(g)平均抖动的OLSR FTP部署。
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图13
(a)能源消耗的更夫福特FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的更夫福特FTP部署。(c)空闲模式能耗的更夫福特FTP部署。(d)的平均传输延迟传达员福特FTP部署。(e)的百分比利用传达员福特FTP部署。福特(f)的平均pathloss传达员FTP部署。(g)的平均抖动传达员福特FTP部署。
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(c)
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图14
(一)能源消耗的鱼眼FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的鱼眼FTP部署。(c)空闲模式能耗的鱼眼FTP部署。(d)鱼眼FTP部署的平均传输延迟。(e)的比例为FTP部署利用鱼眼。(f)的平均pathloss鱼眼FTP的部署。(g)平均抖动的鱼眼FTP部署。
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图15
(一)能源消耗的STAR-LORA FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的STAR-LORA FTP部署。(c)空闲模式能耗的STAR-LORA FTP部署。(d)的平均传输延迟STAR-LORA FTP的部署。(e)的百分比利用STAR-LORA FTP的部署。(f)的平均pathloss STAR-LORA FTP的部署。(g)的平均抖动STAR-LORA FTP的部署。
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图16
(一)能源消耗ZRP的FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的ZRP FTP部署。(c)空闲模式能耗ZRP的FTP部署。(d)为FTP部署ZRP的平均传输延迟。(e)的百分比利用FTP ZRP的部署。(f)平均pathloss ZRP的FTP部署。(g)平均抖动ZRP的FTP部署。
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图17
(一)能源消耗的STAR-ORA FTP传输模式部署。(b)接收方式能耗的STAR-ORA FTP部署。(c)空闲模式能耗的STAR-ORA FTP部署。(d)的平均传输延迟STAR-ORA FTP的部署。(e)的百分比利用STAR-ORA FTP的部署。(f)的平均pathloss STAR-ORA FTP的部署。(g)的平均抖动STAR-ORA FTP的部署。
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图18
(一)传输能耗AODV的VBR业务部署模式。(b)接收方式能耗的AODV VBR部署。(c)空闲模式能耗AODV的VBR部署。(d)的平均传输延迟的AODV VBR部署。(e)的百分比利用AODV的VBR部署。(f)平均pathloss AODV的VBR部署。(g)平均抖动AODV的VBR部署。
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图19
(一)传输模式能耗VBR业务部署的安全域。(b)接收方式能耗VBR业务部署的安全域。(c)空闲模式能量cnsumption VBR业务部署的安全域。(d)平均传输延迟VBR业务部署的安全域。(e)的百分比利用VBR业务部署的安全域。(f)平均pathloss VBR业务部署的安全域。(g)平均抖动VBR业务部署的安全域。
(一)
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图20
(a)传输方式能耗的DYMO VBR部署。(b)接收方式能耗的DYMO VBR部署。(c)空闲模式能耗的DYMO VBR部署。(d)的平均传输延迟DYMO VBR业务部署。(e)的百分比利用DYMO VBR业务部署。(f)的平均pathloss DYMO VBR业务部署。(g)的平均抖动DYMO VBR业务部署。
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图21
(a)传输方式能耗的LAR1 VBR部署。(b)接收方式能耗的LAR1 VBR部署。(c)空闲模式能耗的LAR1 VBR部署。(d)的平均传输延迟LAR1 VBR业务部署。(e)的百分比利用LAR1 VBR业务部署。(f)的平均pathloss LAR1 VBR业务部署。(g)的平均抖动LAR1 VBR业务部署。
(一)
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图22
(a)传输方式能耗的OLSR VBR部署。(b)接收方式能耗的OLSR VBR部署。(c)空闲模式能耗的OLSR VBR部署。
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图23
(一)平均传输延迟的OLSR VBR部署。(b)的利用比例的OLSR VBR部署。(c)平均pathloss OLSR的VBR部署。(d)平均抖动的OLSR VBR部署。
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图24
(a)传输方式能耗的更夫福特VBR部署。(b)接收方式能耗的更夫福特VBR部署。(c)空闲模式能耗的更夫福特VBR部署。(d)的平均传输延迟传达员福特VBR业务部署。(e)的百分比利用传达员福特VBR业务部署。福特(f)的平均pathloss传达员VBR业务部署。(g)平均抖动传达员福特VBR部署。
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图25
(a)传输方式能耗的鱼眼VBR部署。(b)接收方式能耗的鱼眼VBR部署。(c)空闲模式能耗的鱼眼VBR部署。(d)鱼眼VBR业务部署的平均传输延迟。(e)的百分比利用鱼眼VBR业务部署。(f)的平均pathloss鱼眼对VBR部署。(g)平均抖动的鱼眼VBR部署。
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图26
(a)传输方式能耗的STAR-ORA VBR部署。(b)接收方式能耗的STAR-ORA VBR部署。(c)空闲模式能耗的STAR-ORA VBR部署。(d)的平均传输延迟STAR-ORA VBR业务部署。(e)的百分比利用STAR-ORA VBR业务部署。(f)的平均pathloss STAR-ORA VBR业务部署。(g)的平均抖动STAR-ORA VBR业务部署。
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图27
(一)传输能耗ZRP的VBR业务部署模式。(b)接收方式能耗的ZRP VBR部署。(c)空闲模式能耗ZRP的VBR部署。(d)平均传输延迟的ZRP VBR部署。(e)百分比利用ZRP VBR部署。(f)平均pathloss ZRP的VBR部署。(g)平均抖动ZRP的VBR部署。

5。仿真结果

下面是发现的结果提出UWSN网络的性能参数在FTP、CBR、VBR业务应用程序。参见图28。

(一)
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图28
(a)传输方式能耗的STAR-LORA VBR部署。(b)接收方式能耗的STAR-LORA VBR部署。(c)空闲模式能耗的STAR-LORA VBR部署。(d)的平均传输延迟STAR-LORA VBR业务部署。(e)的百分比利用STAR-LORA VBR业务部署。(f)的平均pathloss STAR-LORA VBR业务部署。(g)的平均抖动STAR-LORA VBR业务部署。
5.1。性能参数

以下是在FTP UWSN网络的性能参数,CBR和VBR业务应用程序。

5.1.1。能源消耗(毫瓦特Hour-mWh)在传输模式AODV,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

比较AODV、安全域DYMO LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA路由协议在传输模式和FTP, CBR和VBR业务应用程序如图29日。提出UWSN,最低传输能量消耗最大数据大小的AODV路由协议在CBR应用程序域的84.6%,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA路由协议,分别如表中所示1。UWSN,我们的目标是使用尽可能少的传输能量。其他的路由协议不能与AODV的速度和可靠性。


图29
能源消耗在传输模式下的路由协议在CBR, FTP, VBR业务应用程序。
表1
比较的路由协议在CBR、FTP和VBR业务应用程序。
5.1.2中。能源消耗(毫瓦特Hour-mWh) AODV的接收方式,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

图30.提出了一种比较的数量得到能源消耗的路由协议AODV、安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA FTP、CBR、VBR业务应用程序。相比其他的路由协议表所示1域等DYMO LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP STAR-LORA, AODV路由协议使用78.5% CBR应用程序比其他协议和接收更少的能量。相比其他路由协议AODV路由协议能量消耗明显和接收低于其他路由协议在处理较大的数据包大小。UWSN应该消耗最少的能源可能当收到数据。优于其他的路由协议AODV路由协议performance.z


图30
接收方式的能源消耗的路由协议在CBR, FTP, VBR业务应用程序。
5.1.3。能量(毫瓦特Hour-mWh)消耗在空闲模式AODV,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

闲置能耗AODV、域、DYMO LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA路由协议和FTP, CBR和VBR业务应用程序,如图31日。增加数据包大小减少闲置能量必须消耗的量。更多的能量保存时使用OLSR路由协议75%而不是其他的CBR应用程序表1,即使发送更大的包。在空闲时间UWSN是不受欢迎的能源消耗。在性能方面,OLSR路由协议是优于其他协议在这个类别。


图31
能源消耗在空闲模式下的路由协议在CBR, FTP, VBR业务应用程序。
5.1.4。平均传输延迟(µsec) AODV,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

AODV、安全域DYMO LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA比较彼此的平均延迟在图32。我们可以看到在桌子上1,AODV路由协议的结果在平均延迟短89.4%比其他路由协议在CBR应用程序。


图32
平均传输延迟的路由协议在CBR, FTP, VBR业务应用程序。
是5.1.5。百分比AODV的利用率,安全域,DYMO LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

表1表明,鱼眼路由协议实现92.3%更高比例的利用率比其他路由协议在CBR应用程序,和图33显示的百分比利用率由AODV,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA。


图33
比例的利用CBR的所有路由协议,FTP, VBR业务应用程序。
5.1.6。平均Pathloss AODV (dB)的安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

的比较平均Pathloss在当前网络如图34。安全域实现平均少0.3% Pathloss与安全域相比,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议中描述表1。


图34
所有路由协议的平均pathloss CBR, FTP, VBR业务应用程序。
5.1.7。平均抖动(µsec) AODV、安全域DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

如图35,每个路由协议条款中描述的平均延迟抖动。相比其他路由协议提出了网络,STAR-LORA比其他人少产生86.4%的平均抖动表所示1。


图35
平均抖动的路由协议在CBR, FTP, VBR业务应用程序。

表1显示所有路由协议AODV的比较,动态安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA当应用与变量UWSN网络部署应用,如FTP、CBR、VBR业务。

6。结论

水下资源的监测参数的调查,采取军事行动计划的所有方面的发展与探索一个水下环境。因为UWSN只能够执行某些任务,电池供电的程度是网络的主要焦点。在这篇文章中,我们研究了AODV路由协议性能存在差异,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA当应用与变量UWSNs部署应用,如FTP、CBR、VBR业务。作为性能指标,我们衡量诸如平均传输延迟,平均抖动,平均pathloss比例的利用率和能源消耗的传输、接收、和空闲模式。

根据模拟的结果,AODV路由协议产生最少的总能量与DSR相比,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议。此外,鱼眼路由协议实现92%比例的利用率比AODV,安全域,DYMO, LAR1,贝尔曼福特、OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA路由协议和DSR产生更好的平均路径损耗0.3%。最后,STAR-LORA少产生86.4%的平均抖动比其他路由协议。

缩写

AODV: 特别的按需距离矢量
ZRP: 区域路由协议
域: 动态源路由协议
身上: 鱼眼状态路由
DYMO: 动态MANET路由协议的需求
政治: 位置辅助路由
OLSR: 优化的链路状态路由协议
明星: 源树的自适应路由
STAR-ORA: 源树的自适应路由最优路由的方法
STAR-LORA: 源树的自适应路由开销最小的路由方法。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者要求((电子邮件保护))。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突的报告对于本研究。

作者的贡献

k . Sathish概念化的研究中,进行数据管理和形式分析,提出方法,提供软件,写了初稿。博士Asadi Srinivasulu监督这项研究回顾和手稿编辑,负责项目管理和可视化研究。Ravikumar博士简历可视化研究,调查研究中,表现形式分析,并提供软件。Anand Kumar Gupta先生进行数据管理,调查研究,负责资源,提供软件,写了初稿,并提出方法。