淺海水聲網(wǎng)絡(luò)

1、淺海水聲網(wǎng)絡(luò)1. 摘要水聲網(wǎng)絡(luò)通常由通過水聲相連的海底傳感器節(jié)點(diǎn)，自主無人航行器及與岸基站點(diǎn)進(jìn)行無線通信的網(wǎng)關(guān)海面站點(diǎn)構(gòu)成。該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量受聲傳輸信號低帶寬，低聲速導(dǎo)致的高延時和高環(huán)境噪聲所限。其長期設(shè)計目標(biāo)是能夠提供基于網(wǎng)絡(luò)鏈接的自組網(wǎng)絡(luò)，通過最優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)自主適應(yīng)環(huán)境。本文考慮了最小化能耗約束，最優(yōu)化吞吐和可靠性條件下設(shè)計淺海水聲網(wǎng)絡(luò)的諸多方面問題。2. 引言近二十年來，水聲通信技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。高速可靠通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使得海底坐地傳感器與水下自主航行器等水下節(jié)點(diǎn)間實(shí)時點(diǎn)對點(diǎn)通信成為可能。當(dāng)前研究熱點(diǎn)主要集中在應(yīng)對環(huán)境數(shù)據(jù)采集、近海探測、污染檢測與軍事偵察等應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)多鏈路協(xié)同領(lǐng)域。海底或

2、海監(jiān)測的傳統(tǒng)方法包括傳感器布放，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和試驗(yàn)設(shè)備回收。該方法存在諸多不足：實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)需在長達(dá)數(shù)周的實(shí)驗(yàn)任務(wù)結(jié)束后獲??；海底設(shè)備與岸基用戶間無法進(jìn)行信息交互，因此，當(dāng)某區(qū)域出現(xiàn)感興趣事件時無法進(jìn)行系統(tǒng)重配置；如果設(shè)備在回收前出現(xiàn)錯誤，那么數(shù)據(jù)采集過程將停止或所有數(shù)據(jù)可能丟失。特定海域長期實(shí)時觀測最理想的解決途徑將諸多測量設(shè)備通過無線鏈路連接成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。最基本的水下聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)由類似固定節(jié)點(diǎn)與水下自主航行器等節(jié)點(diǎn)間的建立的雙工水聲通信所組成。該網(wǎng)絡(luò)將與海面站點(diǎn)相連，并借助該站點(diǎn)采用RF鏈路與遠(yuǎn)程陸上節(jié)點(diǎn)如Internet網(wǎng)絡(luò)相連接。岸基多用戶能夠從遠(yuǎn)距離水下設(shè)備實(shí)時獲取數(shù)據(jù)，評估已獲取的數(shù)據(jù)，

3、并可對單個設(shè)備發(fā)送控制信息。由于數(shù)據(jù)不再儲存在水下設(shè)備中，因此可以避免數(shù)據(jù)丟失，也能通過網(wǎng)絡(luò)重配置得以繞開失效節(jié)點(diǎn)水聲網(wǎng)絡(luò)的最大約束是有限能源支持。對陸上系統(tǒng)而言，無線調(diào)制解調(diào)器電池的替換非常簡單，但水下無線調(diào)制解調(diào)器電池替換受航行時間和調(diào)制解調(diào)器回收時間的制約而顯得費(fèi)時費(fèi)錢。因此，對水下應(yīng)用而言，傳輸能量顯得異常昂貴。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)通過減少重傳次數(shù)，降低傳輸間隔的功耗以及最小化每次傳輸需求來節(jié)省能耗。在救援與探測任務(wù)等水下應(yīng)用中，需要網(wǎng)絡(luò)能夠不經(jīng)大規(guī)模規(guī)劃而快速布放。因此，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)能自主決定節(jié)點(diǎn)位置，通過自主組網(wǎng)提供高效的數(shù)據(jù)通信環(huán)境。另外，若信道條件發(fā)生改變或者某些節(jié)點(diǎn)在任務(wù)過程中失效，該網(wǎng)絡(luò)

4、應(yīng)當(dāng)能夠通過動態(tài)重配置繼續(xù)履行使命。3. 水聲通信不同于數(shù)字無線通信采用電磁波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，水聲信道中主要采用聲波進(jìn)行通信。在水聲通信網(wǎng)絡(luò)中聲波傳播速率比無線電波傳播速率小五個量級。如此低的傳播速率增大了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳輸時延。如果在UWA應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計忽略高時延，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐減少。UWA信號的可利用帶寬關(guān)鍵取決于傳播損失，由于傳播損失隨著距離和頻率的增大而增大，嚴(yán)重制約了可利用帶寬。在有限帶寬內(nèi)，特別是在淺海水聲信道中，相對于無線電信道而言，聲信號受時變多徑的影響，會導(dǎo)致的嚴(yán)重碼間串?dāng)_以及多普勒頻移與拓展。多徑傳播以及多普勒的影響削弱了水聲信號，限制了數(shù)據(jù)吞吐。因此需要特殊的信號處理手段

5、去克服這些不利因素。近十年初，通過發(fā)展采用非相干FSK信號的調(diào)制解調(diào)器來應(yīng)對UWA信道特性的挑戰(zhàn)，以求實(shí)現(xiàn)可靠通信。雖然非相干FSK通信系統(tǒng)在UWA信道中有效，但他們較低的頻帶利用率使得其無法適應(yīng)多用戶網(wǎng)絡(luò)對高速率應(yīng)用的要求?；诟咄掏逻h(yuǎn)程通信系統(tǒng)的需求引發(fā)了對相干調(diào)制技術(shù)的關(guān)注。目前，隨著大功率數(shù)字信號處理設(shè)備的運(yùn)用，我們能夠在水下通信中采取完全一致的相干相位調(diào)制。關(guān)于聲調(diào)制方法總結(jié)見表一。感興趣的讀者可通過閱讀文獻(xiàn)【3】得到每個調(diào)制解調(diào)器的細(xì)節(jié)說明。隨著系統(tǒng)傳輸速率及傳輸距離的增大，算法復(fù)雜度大大超過了當(dāng)前數(shù)字處理硬件能力。當(dāng)前研究主要集中于低復(fù)雜度DSP算法以及用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多用戶調(diào)制解

6、調(diào)器，4. 水聲網(wǎng)絡(luò)兩類需求牽引起了水聲網(wǎng)絡(luò)的重大變革：一類是環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，另一類是水下區(qū)域偵察。典型網(wǎng)絡(luò)由各類節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，某些安裝在固定節(jié)點(diǎn)上，另一些則安裝在自由移動航行器上。該類網(wǎng)絡(luò)被稱為自主式海洋采樣網(wǎng)，這里的采樣是指采集海洋中溫，鹽，深和水下洋流等參數(shù)。對偵察應(yīng)用而言，網(wǎng)絡(luò)由大量傳感器構(gòu)成，主要是在錨底或者低速水下機(jī)器人上，該網(wǎng)絡(luò)布防迅速，主要用于覆蓋淺海海域。該類網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用Seaweb將在隨后進(jìn)一步討論。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括以下三種基本形式：集中式，分布式和多跳式。在集中式網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信通過中央站點(diǎn)進(jìn)行交互，該站點(diǎn)常被稱為網(wǎng)絡(luò)樞紐。該網(wǎng)絡(luò)通過該中央站點(diǎn)連接到主干網(wǎng)。該

7、配置適用于深海網(wǎng)絡(luò)，通過裝有聲學(xué)及RF調(diào)制解調(diào)器的海面浮標(biāo)控制與海底設(shè)備的往復(fù)通信。該配置方式的最大不足是存在單節(jié)點(diǎn)失效問題，若樞失效，則整個網(wǎng)絡(luò)將關(guān)閉。同樣，受單個調(diào)制解調(diào)器工作范圍所限，該網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋大量區(qū)域。另兩個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵儆趯Φ染W(wǎng)絡(luò)，一個全連通對等網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的點(diǎn)對點(diǎn)通信。這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省去了路由。但同時帶來的是與遠(yuǎn)隔節(jié)點(diǎn)間通信的輸出功率過大。同樣，當(dāng)節(jié)點(diǎn)試圖進(jìn)行對遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時，將對臨近節(jié)點(diǎn)通信產(chǎn)生功率壓制和干擾。稱之為遠(yuǎn)近問題。多跳對等網(wǎng)絡(luò)僅由相鄰節(jié)點(diǎn)的通信鏈路構(gòu)成，信息從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)需要通過節(jié)點(diǎn)間包傳輸。路由信息通過智能算法進(jìn)行處理以適應(yīng)環(huán)境變化。由于多跳

8、網(wǎng)絡(luò)范圍取決于節(jié)點(diǎn)數(shù)目而不是調(diào)制解調(diào)器邊界，因此其能夠覆蓋相對廣泛區(qū)域。UWA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標(biāo)之一就是最小化能耗并提供節(jié)點(diǎn)間及與主干網(wǎng)的可靠聯(lián)通。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是決定能耗的重要參數(shù)。在文獻(xiàn)平【6】中，作者描述了最小化能耗網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫嵌嗵鴮Φ染W(wǎng)絡(luò)，減小能耗的代價是復(fù)雜通信協(xié)議與數(shù)據(jù)包延時，需要特別注意的是對時延敏感系統(tǒng)。多重接入方法包括水聲網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的諸多信息網(wǎng)絡(luò)中，通信是突發(fā)式的，用戶通過網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的時間往往要小于系統(tǒng)閑置時間。因此，網(wǎng)絡(luò)用戶應(yīng)當(dāng)通過多重接入方式高效共享可利用的頻段和時間。頻分復(fù)用技術(shù)將可利用的頻帶分為若干子帶并將每個子帶指定給獨(dú)立用戶。由于極度受限的頻帶資源和自帶系統(tǒng)抗衰落的不足，使

9、得FDMA系統(tǒng)無法充分應(yīng)用于UWA。不同于頻帶分離，時分復(fù)用將一個時間間隔，稱之為一幀分成若干時間片段。相鄰的時隙間的數(shù)據(jù)包沖突可以通過包含與相應(yīng)信道時延成比例的保護(hù)時間來避免。TDMA系統(tǒng)需要異常精確的同步以實(shí)現(xiàn)對時間段的合理利用。UWA通道中的高時延需要長保護(hù)時間從而限制了TDMA的效率。同樣，建立一個共同的定時基準(zhǔn)也是相當(dāng)困難的。碼分復(fù)用允許多用戶在全頻段內(nèi)同時傳輸。來自不同用戶的信號通過偽隨機(jī)編碼實(shí)現(xiàn)。寬帶CDMA信道不僅能夠?qū)诡l率選擇性衰減，對直接序列CDMA而言，也能在接收端通過Rake濾波技術(shù)利用水聲信道中的時間分集。擴(kuò)頻信號可用于處理接收端多用戶檢測帶來的沖突。同樣，也能減少

10、重傳數(shù)和能量需求。此特性既降低電池消耗也增加了網(wǎng)絡(luò)吞吐。因此，CDMA的似乎是淺水聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)中最合適的多址技術(shù)。路由算法信息網(wǎng)絡(luò)中存在兩種基本的路由方法：虛擬回路路由，一次傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)包通過同一條路徑進(jìn)行傳輸和數(shù)據(jù)包路由，數(shù)據(jù)包允許通過不同的傳輸路徑進(jìn)行傳輸。使用虛擬回路傳輸網(wǎng)絡(luò)路徑選擇取決于傳輸開始時刻。而在數(shù)據(jù)包路由中，每個節(jié)點(diǎn)均可進(jìn)行路徑選擇，這將數(shù)據(jù)包的下一個跳。多數(shù)路由方法基于最短路徑算法。該方法對網(wǎng)絡(luò)中的每個鏈路分配代價，該代價函數(shù)取決于物理距離和擁塞等級。路由算法尋找從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最短路徑(最小代價路徑)。在分布式應(yīng)用中，每個節(jié)點(diǎn)確定向臨近結(jié)點(diǎn)傳輸一個數(shù)據(jù)包的花費(fèi)，并將該信

11、息與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)共享。這樣，每個節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫反映了可能路徑的花銷。對路由而言，需要考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可移動這一更為普遍的情形。這種情況可認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是由固定海底傳感器和AUVs組成。在ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，主要問題是獲取每個獨(dú)立鏈路最近的狀態(tài)來確定數(shù)據(jù)包最佳路由。然而，如果通信媒介是淺海通信信道是多變的，路由的更新相當(dāng)快。在路由領(lǐng)域，目前的研究重點(diǎn)是減少通過路由的消息的同時找到最佳路徑，這是一組相互矛盾的要求。媒體訪問控制協(xié)議針對UWA信道存在許多MAC協(xié)議，這些協(xié)議能減少由于數(shù)據(jù)報沖突導(dǎo)致的信息損失。我們將專注于MACA協(xié)議以及該協(xié)議的變化。該MACA協(xié)議首先由Karn提出，該協(xié)議采

12、用請求發(fā)送（RTS）和清除發(fā)送（CTS）這兩類信號數(shù)據(jù)包。當(dāng)A需要給B發(fā)送一個信息時，將首先發(fā)布一個RTS命令。如果B接收到該RTS命令，B將發(fā)回一個CTS命令。A一旦接收到CTS，就開始傳輸數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)間將通過進(jìn)行RTS-CTS交換時探測信道。信道狀態(tài)信息將用于設(shè)置物理層參數(shù)例如輸出功率和調(diào)制方式。MACA的這些特性能夠滿足UWA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的需要。它為最小功耗約束下的可靠通信提供相關(guān)信息，并具備避免沖突發(fā)生的能力。RTS-CTS交換增加了開銷，但是減少重傳可以補(bǔ)償這些增加的開銷。MACA協(xié)議確保了網(wǎng)絡(luò)層端對端通信的可靠性。若由于錯誤導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)包丟失，最終目的節(jié)點(diǎn)將向源節(jié)點(diǎn)請求重傳丟失數(shù)據(jù)包。

13、在高可靠鏈路中，由于該方法消除了估計每跳所發(fā)送的獨(dú)立信息，從而增加了網(wǎng)絡(luò)吞吐。在低質(zhì)量通信線路中，信息極有可能包含錯誤的數(shù)據(jù)包?；謴?fù)網(wǎng)絡(luò)層中數(shù)據(jù)包錯誤需要額外的時延。通常，在無線電和水聲等低可靠信道的鏈路層進(jìn)行錯誤修正可獲得更好的性能。由于MACA協(xié)議的性能和可靠性可以通過創(chuàng)建無差錯的，可靠的點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路控制（DLC）層鏈接得以改善。出于該目的，Bharghavan設(shè)計了MACAW協(xié)議，在每次成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后發(fā)送一個ACK數(shù)據(jù)包。在傳輸中采用增加一個數(shù)據(jù)包開銷。然而，文獻(xiàn)【9】表明在吞吐量增益超過額外的開銷，該結(jié)果同樣適用于UWA信道。MACAW協(xié)議忽略功率控制和非對稱的出現(xiàn)。在功率控制條

14、件下的性能需要進(jìn)一步闡明。同樣，協(xié)議中增加的額外開銷對于傳輸時延相對顯著環(huán)境的影響值得關(guān)注。自動重傳請求方法自動重傳請求(ARQ)用于檢測數(shù)據(jù)鏈路控制層中錯誤并請求錯誤數(shù)據(jù)重傳。最簡單的可被直接用于半雙工UWA網(wǎng)絡(luò)ARQ是停止等待ARQ，數(shù)據(jù)包源節(jié)點(diǎn)等待一個來自目的節(jié)點(diǎn)ACK以確認(rèn)無差錯數(shù)據(jù)包的傳輸。由于信道信息在往返傳輸過程中并未被利用，該ARQ方式吞吐量較低。而在返回-N以及選擇性重傳ARQ機(jī)制中，節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)包同時 接受ACK，因此需要全雙工網(wǎng)絡(luò)。將UWA信道中有限帶寬分成2個信道以用于全雙工操作會顯著的物理層傳輸速率。但是其對整個網(wǎng)絡(luò)吞吐的影響有待進(jìn)一步的研究。選擇性重傳ARQ策略可

15、用于半雙工UWA信道。不同于在接收中確認(rèn)每個數(shù)據(jù)包，接受端將等待N個數(shù)據(jù)包，并發(fā)送一個包含未出錯數(shù)據(jù)包id的ACK包。由此，發(fā)送端一次將發(fā)送N個數(shù)據(jù)包并等待ACK。隨后源端將發(fā)送另一組N個數(shù)據(jù)包，其中包含未確認(rèn)的數(shù)據(jù)包以及新的數(shù)據(jù)包。認(rèn)證采用兩種處理方式。第一種處理方式稱為主動處理，通過接收無差錯數(shù)據(jù)包，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)將發(fā)送一個ACK數(shù)據(jù)包給源節(jié)點(diǎn)。如果源節(jié)點(diǎn)在預(yù)設(shè)的超時時間后仍未接收到ACK信號，將重傳數(shù)據(jù)包。在被動處理模式中，如果目的節(jié)點(diǎn)接收到一個錯誤數(shù)據(jù)包或者沒有收到訂閱的數(shù)據(jù)包，它將發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。被動處理模式將有助于通過減小發(fā)送額外ACK數(shù)據(jù)包和丟失ACK數(shù)據(jù)包時候的網(wǎng)絡(luò)重傳來節(jié)省能量。一

16、旦與MACA型MAC協(xié)議結(jié)合使用，該被動處理策略將提供RTS-CTS交換中高可靠性的點(diǎn)對點(diǎn)鏈路信息。5. 設(shè)計實(shí)例：SEAWEB一個水聲網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例是美國海軍的實(shí)驗(yàn)性Telesonar和Seaweb工程。Telesonar 連接分布式水下節(jié)點(diǎn)，將其整合成統(tǒng)一資源，并將海軍“以網(wǎng)絡(luò)為中心”行動擴(kuò)展到水下戰(zhàn)場空間。Seaweb提供指揮，控制，通信和導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)自主節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)任意海域任務(wù)。更一般而言，更一般地，Seaweb網(wǎng)絡(luò)適用于海洋遙測，水下航行器，水下無線數(shù)字通信的其他用途。海試包括Seawebs 98，99和2000。實(shí)驗(yàn)對象與方法Telesonar通過聲學(xué)連通固定以及移動節(jié)點(diǎn)以形成數(shù)字網(wǎng)

17、絡(luò)。操作對象具有可靠性，節(jié)能性，可部署性，互操作性，靈活性，可負(fù)擔(dān)性和安全性。另外，telesonar鏈路必須是環(huán)境和狀態(tài)自適應(yīng)，且規(guī)定其雙向非對稱。所述Seaweb骨干是一組自治的固定節(jié)點(diǎn)（如，傳感器節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)）。主節(jié)點(diǎn)從傳感器節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)，反之亦然。 Seaweb外設(shè)包括移動節(jié)點(diǎn)（例如，水下機(jī)器人）。Seaweb網(wǎng)關(guān)跟海底、海面、岸基和空基指揮中心相連，其中包括進(jìn)入陸地，空中和太空的網(wǎng)絡(luò)接口。例如，一個聲納浮標(biāo)可用為無線電/聲界面，以便衛(wèi)星和海上飛機(jī)與水下自主系統(tǒng)進(jìn)行通信。同樣，潛艇可以通過telesonar信號訪問外場系統(tǒng)。Seaweb服務(wù)器作為水下網(wǎng)絡(luò)接口放置于

18、載人指揮中心。Seaweb開發(fā)涉及周期性集中資源的長時間海洋試驗(yàn)。每年Seaweb實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證系統(tǒng)分析和有目的性的發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，比如能提供更可靠，高功能和高質(zhì)量的服務(wù)的最先進(jìn)技術(shù)。Seaweb實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱藢?shí)現(xiàn)和測試網(wǎng)絡(luò)配置中的聲納調(diào)制解調(diào)器，對其中的各種調(diào)制和聯(lián)網(wǎng)算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和比較，并得出結(jié)論。從長期來看，其目標(biāo)是提供一種基于分布式節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)鏈接的重配置網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過自主選擇最優(yōu)發(fā)送參數(shù)適應(yīng)當(dāng)時環(huán)境。Seaweb98，99，和2000試驗(yàn)區(qū)域位于馬薩諸塞州、布扎茲海灣的可達(dá)水域，如圖2所示。一片5-15m水深的廣闊水域作為大面積網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋有便捷的視距無線電與位于西科德角的實(shí)驗(yàn)室相連。

19、從伯恩運(yùn)河延伸的航道提供周期性地高航運(yùn)噪聲，以用于強(qiáng)調(diào)信噪比（SNR）余量。Seaweb發(fā)展要求其關(guān)注不利的傳輸效率，傳輸安全性，信息吞吐量和成本等關(guān)鍵問題。認(rèn)識到制約遠(yuǎn)程聲納技術(shù)發(fā)展的根本因素是日益復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)器。在MAC層，Seaweb采用MACA握手協(xié)議適合無線半雙工網(wǎng)絡(luò)。該握手過程允許尋址，測距，信道估計，自適應(yīng)調(diào)制和功率控制操作。初始化與路由由于設(shè)定網(wǎng)絡(luò)為ad hoc網(wǎng)絡(luò)，初始化算法是需要自主地建立初步連接。本算法基于輪詢，因此它保證連接到所有節(jié)點(diǎn)的連通性，即任意節(jié)點(diǎn)都至少存在一個聲學(xué)可達(dá)的鄰居節(jié)點(diǎn)。在初始化過程中，節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建鄰居，該表包含各節(jié)點(diǎn)的鄰居列表以及連接鏈路質(zhì)量度量。該度量

20、可以通過接收從響應(yīng)鄰居的SNR表示，然后由主節(jié)點(diǎn)收集并形成一個路由樹。最佳路由基于遺傳算法的路由協(xié)議確定。該路由協(xié)議試圖通過最小化網(wǎng)絡(luò)能量消耗以最大限度地提高電池供電網(wǎng)絡(luò)的生命周期。兩個節(jié)點(diǎn)之間建立可靠通信所需的最小能量作為鏈路距離的度量。主節(jié)點(diǎn)收集來自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的鏈路的成本信息來確定最佳路徑，并將所述路由信息返回給節(jié)點(diǎn)。該優(yōu)化算法通過增大時延優(yōu)化多跳鏈接。聲學(xué)鏈路節(jié)點(diǎn)之間的性能可能會下降，并且鏈路會由于節(jié)點(diǎn)故障而永久實(shí)效。在這樣情況下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能夠自身適應(yīng)變化的條件，從而無需中斷數(shù)據(jù)包傳送。這種魯棒性可以通過周期性地更新的路由來獲得。504693635在當(dāng)前設(shè)計中，主節(jié)點(diǎn)可以創(chuàng)建根據(jù)鄰居上的路由樹表中報告的節(jié)點(diǎn)。如果一個節(jié)點(diǎn)報告某鏈路性能下降或不再可用，主節(jié)點(diǎn)選擇新路由以取代故障鏈路。該路由樹變化將報告給所有相關(guān)的節(jié)點(diǎn)。此過程可確保節(jié)點(diǎn)將不嘗試使用故障鏈路，從而以這種方式避免了增加電池消耗不必要的傳輸。訪問控制協(xié)議Seaweb訪問控制協(xié)議是基于MACA協(xié)議，該協(xié)議使用RTS-CTS-數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)采用停止和等待ARQ方案。如果源節(jié)點(diǎn)不能在預(yù)定的時間間隔后從目的節(jié)點(diǎn)接收到CTS，它重復(fù)RTS。如果K個RTS后，源節(jié)點(diǎn)仍不能接收CTS，則認(rèn)為該鏈接不再可用，返回到低功耗狀態(tài)。如果源節(jié)點(diǎn)接收