水下无线通信系统与网络：综述、未来发展方向及创新提案

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Underwater Wireless Communication Systems and Networks: A Survey, Future Directions, and Novel Proposals

　　

摘要：

近年来，水下无线传感器网络（UWSNs）因其广泛的民用和国防应用而受到了广泛关注。然而，水下环境带来了严峻的挑战，包括动态的信道条件、缺乏精确的三维定位能力、空间稀疏性、高传播延迟、有限的带宽、能量受限的传感器节点、干扰以及强烈的背景噪声。应对这些挑战需要设计高效且集成的网络栈，涵盖物理层、介质访问控制（MAC）层和路由层。此外，通过整合异构通信技术（如声学和光学系统），还可以进一步提高性能。本文首先对UWSN协议进行了全面的综述，涵盖了物理层、MAC层和路由层，并详细分析了它们的设计权衡和性能限制。同时，还回顾了现有的网络栈协议、水下调制解调器以及网络安全威胁，特别关注了智能自适应长距离和短距离声学（SALSA）网络栈及其运营挑战。在此基础上，本文指出了关键的研究空白，并概述了未来改进不同网络层开发和集成的方向。根据这项研究的见解，本文提出了两项主要贡献：首先，提出了新型的Developed-SALSA（D-SALSA）网络栈协议，旨在提高动态水下环境中的适应性、能效、吞吐量和通信可靠性；其次，提出了一种异构网络架构，该架构利用了声学和光学通信技术的互补优势，并在所提出的D-SALSA网络栈协议中采用了新的管理协议来支持高速和大规模的海洋数据传输。通过结合这些研究...

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