等级划分下的水下传感器网络均衡分簇与低延迟算法

随着海洋经济的蓬勃发展，水下无线传感器网络（Underwater Wireless Sensor Networks, UWSNs）在海洋环境监测、海洋资源勘探、海底通信等领域扮演着越来越重要的角色。然而，UWSNs面临诸多挑战，如集中式分簇的复杂性、节点能量消耗的不均衡和水声通信带来的时延问题。针对这些问题，本文提出了一种基于等级划分的分布式非均匀分簇算法，UCUBG (Underwater Cluster-based Unbalanced Grading algorithm)，旨在优化网络性能。 UCUBG算法首先关注节点的能源效率。它通过结合平均能量与节点密度的阈值函数，确保节点的选择不仅考虑了当前的能量水平，还考虑了节点在网络中的密度。这样做的目的是寻找那些既具有足够能量又相对密集的区域作为簇首，从而实现更合理的簇首分布，使得整个网络的能耗更加均衡。 其次，算法引入了簇首等级的概念，通过考虑节点的深度和密度来确定不同等级的簇首。这样做有助于优化入簇过程，使得簇内的任务分配更加均衡，避免了因簇首节点过于集中在某些区域而导致的负载过载，从而进一步延长了网络的生命周期。 最后，UCUBG算法利用贪心策略与簇首等级相结合，设计出簇间多跳传输路由。通过这种多级转发机制，可以降低数据传输过程中经过的节点数量，减少了节点间的通信距离，从而有效地降低了整体的通信能耗和时延。这种方法对于实时性和可靠性的要求较高的应用尤其有益。 仿真结果显示，UCUBG算法显著提升了UWSNs的性能，不仅实现了能耗的均衡，延长了网络的运行时间，而且还显著降低了通信时延。这对于构建高效、可持续运作的水下无线传感器网络来说，是一项重要的贡献。因此，UCUBG算法对于提升水下无线传感器网络的整体效率和可靠性具有重要的实践意义。