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傳感器|具有水下無線通信能力的傳感器節點的發展，為海洋探索提供了新的機遇

電池傳感器無線通信無線網絡

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具有水下無線通信能力的傳感器節點的發展為海洋探索提供了新的機遇 。 海洋探測時空數據對于海洋科學研究應用、海洋能源開發和水下生態環境利用等具有重要意義 。 目前用于水下無線通信的技術主要有聲通信、電磁波通信和光通信 。 聲學通信系統已成為最常用的水下無線通信技術之一 ， 因為它能夠提供超長距離的連接 。 然而 ， 聲波仍然存在許多缺點 ， 包括散射、由于低傳播速度導致的高延遲、高衰減、低帶寬 。

聲波對水下魚類和哺乳動物的健康也有不良影響 。 根據自然資源防御最近的一份報告 ， 理事會、軍用聲納等聲學通信網絡正在使海洋噪聲不斷上升 ， 這對水下哺乳動物的健康產生了嚴重影響 。 基于電磁波的水下通信需要巨大的天線 ， 并且僅限于淺海區域 。 另一方面 ， 在超低頻下運行會降低衰減水平 ， 但會帶來高硬件成本和低數據速率 。 光波的水下傳播在不同波長下也表現出獨特的特征 。

1963年 ， 科學家發現 ， 與其他波長相比 ， 藍色和綠色光的衰減要小得多 。 1966年 ， 吉爾伯特等人實驗證實了光波的這種行為 ， 為水下光通信奠定了基礎 。 光波具有更高的數據速率和低功耗但傳輸范圍低的優點 。 一種新穎的混合聲光水下無線傳感器網絡被認為是受益于水聲通信和光通信的優勢 。 光無線通信用于在更短的范圍內傳輸更高的數據 ， 而聲學通信用于長距離內的命令和控制 ， 不需要高數據速率 。

之前已經對射頻無線傳感器網絡的能耗和壽命最大化方面進行了值得注意的研究 。 研究人員提出了一種節能路由協議來在WSN中傳輸信息 。 提出了穩定選舉協議和延長穩定選舉協議來平衡WSN中的能量消耗并提高網絡穩定性 。 科學家研究了聲學無線網絡的能量效率 ， 用于放大轉發方案以及最小能量路由協議 。  他們還提出了一種增強的節能協議 ， 該協議還考慮了傳感器節點的深度；同時還對無線網絡的研究挑戰、本地化方案和部署進行了全面調查 。

今天的無線網絡由能量預算有限的電池供電傳感器節點組成 。 盡管在為水下通信網絡設計不同協議方面進行了顯著的研究工作 ， 但尚未對UWOSN的能量收集方法進行重大研究 。 然而 ， 能量收集可以在提高性能和提高UWOSN的壽命方面發揮重要作用 。 由于水下傳感器節點不能長時間依靠電池供電 ， 因此能量收集是一種很有前途的解決方案 ， 可以從水環境中的環境資源中提供能量 。

注意到用于陸地通信的能量收集技術不適用于水生環境中的水下傳感器節點 ， 因此有必要考慮替代能量收集方法 ， 例如聲學壓電收集器和微生物燃料電池 。水下水生監測需要精確的定位技術 ， 因為收集的數據只有在節點的位置已知一定精度時才有用 。 盡管如此 ， 無線網絡中傳感器的定位也是一項至關重要且具有挑戰性的任務 ， 尤其是對于可以擴展到大量傳感器節點的監控應用而言 。

一些聲學水下傳感器網絡基于到達時間差的定位技術已經被提出 ， 它考慮了不同的參數 ， 如信號傳播模型、網絡拓撲、環境因素、定位精度、錨節點的數量、錨節點的幾何形狀和錨節點的相對位置 。 傳感器節點到錨點 。 然而 ， 用于水聲通信信道中距離估計的時間差測量受多徑影響很大 。 基于接收信號強度的距離估計并沒有引起無線網絡定位的太多關注 ， 因為聲學通信的多徑傳播使得難以實現準確的距離估計 。 然而 ， 水聲通道在某些水深表現出良好的傳輸特性 ， 可以考慮基于RSS的距離估計 。

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