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体积2022年| 文章的ID9418392| https://doi.org/10.1155/2022/9418392

水下传感器网络的性能和改进分析使用不同路由协议的方法

k . Sathish,¹ c . v . Ravikumar ,¹ Asadi Srinivasulu ,² 答:拉杰什,³ 和Olutayo欧Oyerinde⁴

学术编辑器: 罗伯特·Nardone

收到了 2022年8月23日

修改后的 2022年9月30日

接受 2022年10月28日

发表 2022年11月09

文摘

地球是最丰富的地方,因为海洋覆盖75%以上的土地面积。由于非凡的活动发生在深处,我们知之甚少的海洋。水下无线传感器是工具,可以连续传输数据的源传感器同时监测和记录周围环境的物理和环境参数。一个水下无线传感器网络(UWSN)这个名字是指网络由这些水下无线传感器的集合。这个技术是最有效的方法来分析性能参数。交通网络路径选择发送通过使用路由方法,这一过程也被称为协议。特别的按需距离矢量路由协议(AODV),动态源路由(域),动态马奈按需路由协议(DYMO),位置辅助路由1(守护神1),链路状态路由(OLSR),优化源代码树自适应路由最优路由方法(STAR-ORA),区域路由协议(ZRP)和STAR-least开销路由方法(STAR-LORA)有一些模型的路由技术。通过改变模型中节点的数目和每个节点的最大速度,性能参数如平均传输延迟、抖动,平均利用率的百分比,和力量用于发送和接收模式探索。获得的结果使用QualNet 7.1模拟器显示UWSN路由协议的适用性。

1。介绍

尽管水覆盖了地球的大部分,这仍然是未知的(1- - - - - -4]。探索在这个地区最近显著增加。除了拥有丰富的自然资源,它的发展做出了巨大贡献,船舶,石油管道,和军队。像海洋环境、海洋等,含有大量的天然的数据,这是研究人员的首要任务。通过开发各种UWSN协议的水下环境中,开发人员可以收集和分析大量的数据在某种程度上(5- - - - - -8]。在这一领域的研究是建立在先前的研究发现,如下描述的背景信息。水下无线通信的一般结构如图1。

1.1。路由协议的缩写

特别的按需距离矢量(AODV)区域路由协议(ZRP)动态源路由协议(域)鱼眼状态路由(FSR)按需动态MANET路由协议(DYMO)位置辅助路由(政治)优化的链路状态路由协议(OLSR)源树的自适应路由(明星)源树自适应routing-optimum路由方法(STAR-ORA)源树自适应routing-least路由开销的方法(STAR-LORA)

特别的无线网络被称为无线传感器网络(网络)是用来提供一个无线通信设置,比如水下无线通信(9]。域,对ad hoc网络路由协议包括AODV DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA [10]。

流动模型显示了节点的运动以及他们的位置,速度,加速度改变随着时间的推移。当研究一个新的网络协议,它是至关重要的模拟和评估协议的性能。通信协议仿真的流动模型和交通模式是两个至关重要的变量。流动模型是用来描述用户移动模式。移动服务的状态描述交通模式11- - - - - -15]。图2说明了一个现实的三维水下无线通信场景与不同的节点。周围的地下环境带来的潜在挑战时,必须给予关注和考虑他们需要考虑使用水下传感器网络(16- - - - - -18]。主机条件存在很多困难,包括三维拓扑和节点连续运动。此外,大量的水下应用程序,像那些用于检测或救援任务,往往是特别在自然19- - - - - -24]。

如图3无线传感器网络(WSN)是由空间分散自治(自组织)传感器,监测环境或物理条件如温度、声音、振动、压力、运动或污染物和合作将数据通过网络传送给中央位置。现代网络双向,使传感器的控制活动。军事用途的无线传感器网络,如战场监视,成为其发展的动力。今天,这些网络应用于广泛的商业和消费应用程序,包括机械健康监测、过程控制、和工业过程监控。WSN组成的“节点”,包括数量从几到成千都连接到一个或多个传感器(1]。图3描绘了一个传感器节点的主要部分,其中包括以下子系统:通信(收发)子系统,一个计算子系统(处理),传感器子系统,一个统一的供电系统。

1.2。相关的工作

本文的这一节将讨论一个以前的工作从网络体系结构的角度,以及多种性能的措施,支持扩展网络生活的概念。

Bhattacharjya等人研究了一个普遍的无线传感器网络(UWSN)使用一个网格拓扑结构(25,26]。本研究主要探讨能源使用跨多种能源形式,以及网络性能。

EAVARP, void-avoidant以及节能路由系统,由王等人研究了无线传感器网络(27]。UWSN是不受传输、空缺和洪水周期。UWSN性能参数包括包交货率、网络生命周期、能源利用率和传输延迟。在流动性方面,Alkindi UWSN[等人研究了一个基于网格的路由技术28]。能源使用、网络密度、包交货率和延迟都进行了讨论。

最优、协作和资源节约战略正在检查(23]。为了创建一个UWSN,消耗更少的能量,中继节点选择。死亡的指数和端到端延迟,死包交货率,和能源使用。节点被组织在一个二维环境规律分布。在UWSN的情况下,干扰和噪声。汗等人研究了抗干扰的定位为超宽频传感器网络路由(UWSNs),能量最小化的目标孔(23]。它指定了丢弃的数据包的总数、总死亡人数节点,数据包收到水槽,能源消耗的总量,丢弃的数据包的总数。

手稿被高亮显示的主要贡献如下:(我)设计和实现一个源代码树自适应routing-least开销为水下无线传感器路由方法(STAR-LORA)协议(UWSN)网络(2)比较STAR-LORA路由协议与标准路由协议在文献中,也就是说,AODV,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA和ZRP(3)分析路由协议的能源效率与越来越多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)推荐一个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

本文的其余部分组织如下。网络覆盖的场景是一节2。性能参数提出了部分3。我们现在的结果导致部分4。比较结果与讨论的部分5。在第6节,我们最后得出结论。

2。网络场景

以CBR为部署应用程序,有现有的网络访问。提出网络,考虑到FTP和VBR与CBR和参数三个FTP, CBR和VBR业务应用程序进行比较14,26,29日- - - - - -32]。该场景中有一个1500年1500平方米设计QualNet 7.1模拟器。文件传输协议(FTP)、恒定比特率(CBR)和可变比特率(VBR)应用程序连接60和120个节点,其中15个节点设备,25是船舶设备,和20为60节点和传感器设备同样30节点设备,40 50是船舶设备,传感器设备。仿真持续500秒。随机路点流动的最小速度1.5米/秒,最高3到10米/秒的速度是被选中的节点移动模型。以下AODV路由协议的初始域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA。完成测试后,图形在模拟器上被认为是。从而获得所需的性能指标,包括平均传输延迟,抖动,平均比例的利用率,以及使用的能量传输、接收模式。提出了水下无线通信场景与多个节点在x - y和3 d可视化数据所示4和5分别为60节点。运行时提出了水下无线通信场景中各个节点在两个X- - - - - -Y和3 d可视化数据所示6和7,120年的节点(18,22]。

3所示。性能参数

QualNet OMNeT OPNET, MATLAB,和其他模拟工具(25,28,33- - - - - -36),通常考虑UWSN的设计。提出网络中创建QualNet模拟器使用的用户友好的UWSN设计参数。UWSN网络的性能指标在不同的应用程序列出,如图8。能源消耗:节点发送数据所使用的能源从原点到他们的目的地。平均传输延迟:平均传输延迟的时间信息成功地从源头到目的地(37]。平均抖动个别包的时差:这是由于路线更改或网络堵塞。应该降低路由协议功能更有效率。网络的拥塞、路由修改或时间漂移都可以增加抖动延迟单个数据包的传输(38]。比例的利用率:数据包成功的比例从发送节点传输到接收节点被称为一个通信信道的吞吐量(39]。

4所示。结果与讨论

在本节中,传感器节点的部署提出UWSN网络3 d场景中与传感器节点和锚节点如图9。我们已经考虑了数据包大小为50 - 100字节,传输能量= 48分贝,传播速度= 3×10^{^}8 m / s,随机路点移动10 m / s,比特率= 1 Mbps,节点传输范围= 50米,深度= 20 m (Max) [40,41]。

此外,临床实验的结果对各种路由协议AODV、安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA FTP, CBR, VBR业务应用程序发送和接收模式能耗数据的显示10 ()和11 (t)60和120个节点。从数据看10 ()- - - - - -10 (t)和数字(11日)- - - - - -11 (t)60和120个节点,在发送和接收功耗模式中观察到bellman, OLSR, LAR1路由协议。ZRP, STAR-ORA和STAR-LORA路由协议显示相对较少的能耗由于这些协议的混合路由特性UWSN场景。

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图10

(一)传输模式下功耗(mWh) 60 AODV的节点。(b)传输模式下功耗(mWh) 60节点的安全域。(c)传输模式下功耗(mWh) DYMO 60节点。(d)传输模式下功耗(mWh) LAR1 60节点。(e)传输模式下功耗(mWh) OLSR 60节点。(f)传输模式下功耗(mWh) bellman 60节点。(g)传输模式下功耗(mWh)鱼眼60节点。(h)传输模式下功耗(mWh) STAR-LORA 60节点。(我)传输模式下功耗(mWh) 60 ZRP的节点。(j)传输模式功耗(mWh) STAR-ORA 60节点。 (k) Transmit mode power consumption (mWh) of AODV for 120 nodes. (l) Transmit mode power consumption (mWh) of DSR for 120 nodes. (m) Transmit mode power consumption (mWh) of DYMO for 120 nodes. (n) Transmit mode power consumption (mWh) of LAR1 for 120 nodes. (o) transmit mode power consumption (mWh) of OLSR for 120 nodes. (p) Transmit mode power consumption (mWh) of Bellman–Ford for 120 nodes. (q) Transmit mode power consumption (mWh) of fisheye for 120 nodes. (r) Transmit mode power consumption (mWh) of STAR-ORA for 120 nodes. (s) Transmit mode power consumption (mWh) of ZRP for 120 nodes. (t) Transmit mode power consumption (mWh) of STAR-LORA for 120 nodes.

(一)

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图11

(一)接收模式功耗(mWh) 60 AODV的节点。(b)接收模式功耗(mWh) 60节点的安全域。(c)接收模式功耗(mWh) DYMO 60节点。(d)接收模式功耗(mWh) LAR1 60节点。(e)接收模式功耗(mWh) OLSR 60节点。(f)接收模式功耗(mWh) bellman 60节点。(g)接收模式功耗(mWh)鱼眼60节点。(h)接收模式功耗(mWh) STAR-LORA 60节点。(我)接收模式功耗(mWh) 60 ZRP的节点。(j)接收模式功耗(mWh) STAR-ORA 60的节点。 (k) Receive mode power consumption (mWh) of AODV for 120 nodes. (l) Receive mode power consumption (mWh) of DSR for 120 nodes. (m) Receive mode power consumption (mWh) of DYMO for 120 nodes. (n) Receive mode power consumption (mWh) of LAR1 for 120 nodes. (o) Receive mode power consumption (mWh) of OLSR for 120 nodes. (p) Receive mode power consumption (mWh) of Bellman–Ford for 120 nodes. (q) Receive mode power consumption (mWh) of fisheye for 120 nodes. (r) Receive mode power consumption (mWh) of STAR-ORA for 120 nodes. (s) Receive mode power consumption (mWh) of ZRP for 120 nodes. (t) Receive mode power consumption (mWh) of STAR-LORA for 120 nodes.

测量的结果提出UWSN网络性能参数的FTP、CBR、VBR业务应用程序的部署60和120个节点,分别。FTP UWSN网络的性能指标,CBR和VBR业务应用程序如下。

4.1。能源(mWh)消耗在传输模式AODV,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

传输模式下的能耗AODV路由协议,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA FTP, CBR, VBR申请60和120节点显示在数字12和13,分别。如表所示1和2由DSR所需的最小传输能量,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议传输数据在他们的最大大小提出UWSN是83.4%。利用尽可能少的传输能量UWSN的目的。不可能其他路由协议AODV的匹配速度和可靠性。

4.2。能源(mWh)消耗在AODV接收模式中,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

路由协议AODV、域、DYMO LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA比较数据14和15的收到了能源使用FTP、CBR、VBR申请60和120个节点,分别。AODV路由协议使用少76.4%接收能量CBR应用程序比其他路由协议表所示1和2,包括安全域,DYMO LAR1、bellman OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA。当处理大比其他路由协议数据包大小,AODV路由协议使用大大减少接收能源比其他路由协议。在接收数据时,UWSN应该尽可能使用最少的能源。属性,优于其他路由协议AODV路由协议。

4.3。平均传输延迟(μsec) AODV,安全域,DYMO LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

AODV的平均传输延迟,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP, STAR-LORA协议60和120个节点,分别显示在数字16和17。如表所示1和2AODV路由协议产生的平均延迟的CBR应用程序比其他路由协议减少了88.6%。

4.4。百分比AODV的利用率,安全域,DYMO LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

表1和2证明鱼眼路由协议方面优于竞争对手的CBR应用程序利用率百分比(91.4%),和数字18和19显示的利用率百分比以下路由协议:AODV,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA。

4.5。平均抖动(μsec) AODV,安全域,DYMO LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA ZRP, STAR-LORA路由协议

平均每个路由协议都有延迟,表示为抖动,见图20.和21。如表所示1和2平均抖动,STAR-LORA 85.3%低于其他路由协议提出了网络。

5。结论

随着一个水下环境的探索,其他方面也不断发展,水下资源的监测等参数的调查,采取军事行动的计划。电池供电的程度是网络的主要焦点,因为UWSN只能执行某些任务。本研究比较了AODV路由协议的性能,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,与变量STAR-LORA UWSN网络部署应用,如FTP、CBR、VBR 60和120个节点,分别。指标,如平均传输延迟,平均抖动,利用率和能源用于发送和接收模式都跟踪。仿真结果表明,相比DSR, DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP,和STAR-LORA路由协议AODV路由协议产生最少的整体能源稍微有些变化以及额外的节点平均传输延迟低88.6%。此外,相比于AODV,安全域,DYMO, LAR1, bellman, OLSR,鱼眼,STAR-ORA, ZRP和鱼眼STAR-LORA路由协议路由协议实现更高比例的利用率为91.4%。抖动由STAR-LORA平均低85.3%比其他60和120节点的路由协议。

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。c . v . Ravikumar监督、可视化和调查研究和表现形式分析。Asadi Srinivasulu剂应用剽窃检查器和文档。a . Rajesh可视化研究,提出方法,编辑和回顾了手稿。Olutayo欧Oyerinde管理项目和收购资金。

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