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1國內(nèi)外研究技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

（1）中提出了一種能量自獲取管理系統(tǒng)，其中生能器件是太陽能光伏電池和風能發(fā)電機，儲能元件是鋰離子電池和超級電容器，考慮到鋰離子電池的自放電現(xiàn)象較弱，充放電的次數(shù)較少，而超級電容器則剛好相反。因此，將太陽能光伏電池作為主能源向傳感器節(jié)點宮供電，并同時給鋰離子電池供電，風能發(fā)電機則作為輔助電能給超級電容器充電，超級電容器充滿電后便將能量快速的轉(zhuǎn)移到鋰離子電池中。這種采用鋰電池配合超級電容器的供電方式廣泛的應用在自獲取能量的傳感器節(jié)點中。從生能元件的角度考慮，中使用太陽能光伏電池和溫差電池為生能元件，其中溫差電池粘貼在太陽能光伏電池的背面，通過太陽能光伏電池工作時候的背溫和環(huán)境中的溫差來發(fā)電。振動的能量也能為傳感器節(jié)點提供能量，振動能量采集器件可以是機電式或者壓電式，其中采用壓電式的裝置比較多。比較了集中能量采集器的特性，并建立了相應的能量轉(zhuǎn)換模型，以應用在無線傳感器的網(wǎng)絡仿真中。中自制了一種自獲取水下能量的裝置，利用不同的金屬材料在電解質(zhì)溶液中放電的原理，通過多片這樣的電池為傳感器節(jié)點供電，這中電池充分利用水下環(huán)境，為水下傳感器網(wǎng)絡提供了一種全新的供電方式。

（2）關于水下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的部署研究，國內(nèi)外現(xiàn)在研究的比較多的是水下三維環(huán)境下的節(jié)點部署。提到了一種部署網(wǎng)關節(jié)點的方法來最大化網(wǎng)絡生存時間。但是，目前針對具有自獲取能量的水下無線傳感器節(jié)點的部署研究還沒有開始，在這樣的部署條件下，傳感器的部署除了要考慮水下的三維環(huán)境以及通訊媒介的改變外，還要綜合考慮節(jié)點的能量以及能量采集的便利性。因此這是一個新興的研究領域。

（3）針對于水下傳感器節(jié)點的路由研究，考慮到水聲信道傳輸?shù)奶攸c，水下傳感器網(wǎng)絡的路由跟陸地上的傳感器網(wǎng)絡有著明顯的差異。《水下無線傳感器網(wǎng)絡能量路由協(xié)議的仿真研究》提出一種基于表驅(qū)動路由協(xié)議設計思想的選優(yōu)能量路由協(xié)議能夠有效的延長網(wǎng)絡生存時間。也是采用類似的路由算法。

2.項目研究內(nèi)容、研究目標以及擬解決的關鍵問題

2.1研究目標

（1）綜合考慮影響路由協(xié)議的因素，通過設定不同的影響權(quán)值來實現(xiàn)最優(yōu)路由算法，以便于適應不同的檢測環(huán)境。

（2）采用新的傳輸機制，降低網(wǎng)絡的時延和傳輸錯誤率。

（3）構(gòu)建基于基站式的檢測網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，路由算法由基站根據(jù)影響因子實時調(diào)整，檢測節(jié)點定時與基站同步路由算法，在降低水下傳感器能耗的同時，由于其是基于基站的廣播方式，提高了系統(tǒng)的可拓展性。

2.2研究內(nèi)容

本項目旨在實現(xiàn)基于自獲取能量的水下無線傳感器網(wǎng)絡的部署和路由研究。在項目期間，將針對于目前的所做研究結(jié)合研究目標概括以下三點主要內(nèi)容：

（1）完善協(xié)議MAC層傳輸機制算法。

●完善課題組提出的OVSF傳輸機制，其依據(jù)下面公式實現(xiàn)不同節(jié)點之間的不相干數(shù)據(jù)傳輸。此機制成熟地應用在水下無線傳感網(wǎng)絡協(xié)議中，降低網(wǎng)絡延時同時提高能量利用率。

●實現(xiàn)基于優(yōu)先級的傳輸機制，最大程度優(yōu)化傳輸路徑

（2）基于基站式的路由廣播機制

●基于層次分析（AHP）的路由算法，實現(xiàn)不同檢測環(huán)境下通過調(diào)整不同的權(quán)值來優(yōu)化路由協(xié)議。

●構(gòu)建基于基站的檢測網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，基站實時檢測影響路由協(xié)議的因素變化情況，并且根據(jù)相應的權(quán)值計算并廣播相路由協(xié)議，水下節(jié)點會依據(jù)設定的閥值來決定是不是改變目前所用傳輸路由協(xié)議。

（3）實現(xiàn)整個系統(tǒng)持久工作，能量來源為自獲取（分為節(jié)點獲取和基站獲取）。

●基站是基于太陽能、風能等自然能量，采取自獲取的方式來補充電池。

●節(jié)點采用在現(xiàn)在國外提出的生物能的基礎上改進型，提出基于三個階段數(shù)據(jù)傳輸算法，實現(xiàn)最大化利用能量的前提下去實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差別傳輸。

2.3擬解決的關健問題

（1）如何在自獲取能量的前提下實現(xiàn)系統(tǒng)的持久工作，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡在最優(yōu)的路由協(xié)議下數(shù)據(jù)通信將是本項目的重點解決難題。

（2）基于OVSF和優(yōu)先級的算法：優(yōu)化課題組之前提出的算法同時將算法成熟地應用在項目所提出的協(xié)議中，達到時延和能量利用率的要求。

3.項目的特色和創(chuàng)新之處

本項目旨在研究基于自獲取能量的水下無線傳感網(wǎng)絡的部署和路由研究，和以往此方向的研究相比，本研究項目的特色和創(chuàng)新之處在于：

（1）采用自獲取的方式來解決節(jié)點能源問題，大幅度地增加網(wǎng)絡的使用壽命。

（2）采用OVSF碼與基于優(yōu)先級的傳輸機制，降低網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸時延。

（3）采用層次分析法來更加全面的計算路由算法參數(shù)，并且提供實時的監(jiān)控，及時更新傳感網(wǎng)絡的路由協(xié)議，達到最優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。

作者：付炳炳張俊濤單位：鄭州大學水利與環(huán)境學院