8
第一部分·选题背景 水下通信的特殊挑战：代价高
设备昂贵，服役期不易更换
通信开销大
UWM200能耗 2.5 2 能耗（W） 1.5 1 0.5 0 发送能耗 接收能耗 睡眠能耗
2W@1.2km
水下声学换能器 UWM 2000 @ LinkQuest
9
第一部分·选题背景
误码率 BER ≤ η
增大发射功率
信噪比 12
第一部分·选题背景 研究框架
单源单宿单中继协作通信中继策略 水声 协作 通信 与 组网
可靠性 能耗
水下多中继协作
研究水下跨层协作通信 水下通信实验平台 13 研究中继节点数和 网络性能的关系
第二部分·主要研究内容 系统模型
两跳协作网பைடு நூலகம்模型[1]
Urbashi Mitra, USC, WUWNet 2009[2] 协作节点
14
第二部分·主要研究内容 两种协作策略
放大转发（Amplify-and-Forward, AF）
AF首次被应用于水下协作网络[J.W.H 08]
解码转发（Decode-and-Forward, DF）
DF首次被用于水下协作网络[U.M. 2009]
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第二部分·主要研究内容 AF和DF误码率分析
DF策略下,协作系统的误码率为
Pb DF = P ( R译码错误 ) * P ( D译码错误 ) + P ( R译码正确) P ( SD链路译码错误 ) P ( RD链路译码错误 )
AF策略下,协作系统的误码率为
Pb AF = P ( D译码错误 ) =P (目的端的输出信噪比小于门限值 )
结论：在能耗允许范围内，通过协作通信可以提升网络的 可靠性
2011年6月——2011年12月
了解常用水听器，水下调制解调器的性能参数，并完成相关测试 软件编写，实现各个子功能 搭建水下协作通信系统的验证系统
2012年1月——2012年5月
整理工作，撰写毕业论文
29
第三部分·研究安排 部分参考文献
[I.F.A 2005] I. F. Akyildiz, D. Pompili, and T. Melodia, “Underwater Acoustic Sensor Networks: Research Challenges,” Ad Hoc Networks, Vol. 3, No. 3, pp. 257–279, May 2005. [E.S. 2000] E. Sozer, M. Stojanovic, and J. Proakis, “Underwater Acoustic Networks,” IEEE J. Oceanic Engineering, Vol. 25, No. 1, Jan. 2000, pp.72-83. [J.H.C 2005] J. Kong, J.-H. Cui, D. Wu, and M. Gerla, “Building Under-Water Adhoc Networks and Sensor Networks for Large Scale Real-time Aquatic Applications,” IEEE Milcom 2005, Atlantic, NJ, USA, October 17--21, 2005. [Z.P. 2007] Z. Peng, J. H. Cui, B. Wang, K. Ball, and L. Freitag，“An Underwater Sensor Network Testbed: Design, Implementation, and Measurement ”，In Proceedings of Second ACM International Workshop on UnderWater Networks (WUWNet'07), Montreal, Canada, September 14, 2007 [J.P. 2006] J. Partan, J. Kurose, B. N. Levine: A survey of practical issues in underwater networks. Underwater Networks 2006: 17-24. [V.P. 2005] V. Rodoplu and M. K. Park, “An Energy Efficient MAC Protocol for Underwater Wireless Acoustic Networks,” Proc. MTS/IEEE OCEANS 2005, Vol. 2, 2005, pp.1198–1203. [M.S. 2005] M. Simon and M.S. Alouini, Digital Communication over Fading Channel.New Jersey:Wiley一IEEE Press，2005. [P.X. 2007] P. Xie, and J.H. Cui，“An FEC-based Reliable Data Transport Protocol for Underwater Sensor Networks”，In Proceedings of 16th International Conference on Computer Communications and Networks (ICCCN'07), Honolulu, Hawaii, USA, August 13 - 16 2007
拟投文章
P. Wang, L. Zhang, Victor O.K. Li, “On the study of Cooperative Strategies for Underwater Networks ”.
28
第三部分·研究安排 未来研究工作计划
2010年10月——2011年5月
文献调研 分析多协作网络的误码率和能耗 研究水下跨层协作通信
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第一部分·选题背景 水声通信的特殊挑战：环境差
多径强烈
水声信道近似为 瑞利衰落信道[1]
[1]M.Stojanovic and J.Presig, ``Underwater Acoustic Communication Channels: Propagation Models and Statistical Characterization," IEEE Communications Magazine, January 2009, pp.84-89
生态信息监测
海底灾难预警
3
第一部分·选题背景 相关研究及项目
国际上
AOSN（1993） SeaWeb （1998） NEPTUE (1998) APENA（2003日本） ESONET（2004欧洲） PLUSN （2005） MaRS（2007~2013 ） VENUS（2008~ 加拿大） OOI（2010 新一代海洋观测 计划）
6
第一部分·选题背景 水声通信的特殊挑战：环境差
高噪声[1]
10 log N ( f ) = 50 − 18 log( f )
生物噪声 行船噪声 风吹海面噪声 热噪声
[1]M.Stojanovic, “On the Relationship Between Capacity and Distance in an Underwater Acoustic Communication Channel," ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review (MC2R), vol.11, Issue 4, October 2007, pp.34-43.
1 8 . 0 6 . 0 4 . 0 2 . 0
0 1 2
3
4 5 6 7 8 o u i o n k C mc t a ( ) a i g m n n e r
9
0 1
结论1：当协作节点位于SD链路的中点位置，所需的能耗最小 结论2：在满足一定的误码率要求下，当且仅当不等式
ρ α( f )
k
( ρ −1) d1
清华大学博士生开题报告
水下传感网协作通信关键问题研究
博 士 生：王 萍 导 师：李安国 教授 指导老师：张林 副教授 日 期：2010年10月16日
第一部分·选题背景 海洋——“蓝色聚宝盆”
海洋覆盖地球表面70%以上 海底资源极其丰富 水下传感网
2
第一部分·选题背景 应用前景
水文环境数据收集 航海导航
≥2
直接传输的能耗
成立时，协作通信的能耗小于
19
第二部分·主要研究内容 同步AF/DF在水声信道的实现过程
d2 d1
d3
20
第二部分·主要研究内容 适用于水下的异步DF、AF协作策略
核心思想：异步协作
优点
平均误码率保持不变 不要求时间同步 异步DF不会冲突
不足
水下AF在目的节点处，有可能出现冲突
国内
我国在“八五”期间开始水声 通信的研究 “分布式海洋水声通信技术研 究”等
科研计划课题项目）
“深海光纤水声传感网络 技术研究 ” （清华大学自主
Workshop
ACM WUWNet(2006)
4
第一部分·选题背景 水下通信方式
声波是当前水下无线通信的主要手段
电磁波：衰减快 光波：散射严重
水下声波传播速度约为1500m/s
任一节点的数据可以发送到网络中的任一个节点； 每个节点都有监测功能，一旦监测到障碍物时，则把该消息广播到全网
水下扬声器
水听器
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第三部分·研究安排 潜在的创新点
分析单中继协作系统的误码率和能耗 设计适合水下协作通信的协作策略 分析多点协作系统的误码率和能耗 研究水下跨层协作通信网络
“是否协作” “什么情况协作” “如何协作”