The underwater acoustic channel is one of the most challenging communication channels. Due to periodical tidal and daily climatic variation, underwater noise is periodically fluctuating, which result in the periodical changing of acoustic channel quality in long-term. Also, time-variant channel quality leads to routing failure. Routing protocols with acoustic channel estimation, namely underwater channel-aware routing protocols are recently proposed to maintain the routing performance. However, channel estimation algorithms for these routing protocols are mostly linear and rarely consider periodicity of acoustic channels. In this paper, we introduce acoustic channel estimation based on nearest neighbor regression for underwater acoustic networks. We extend nearest neighbor regression for SNR (Signal-to-Noise Ratio) time series prediction, providing an outstanding prediction accuracy for intricately periodical and fluctuating received SNR time series. Moreover, we propose a quick search algorithm and use statistical storage compression to optimize the time and space complexity of the algorithm. In contrast with linear methods, this algorithm significantly improves channel prediction accuracy (over three times at most) on both simulation and sea trial data sets. With this channel estimation method, we then propose a Depth-Based Channel-Aware Routing protocol (DBCAR). Taking advantage of depth-greedy forwarding and channel-aware reliable communication, DBCAR has an outstanding network performance on packet delivery ratio, average energy consumption and average transmission delay which is validated through extensive simulations.


翻译:水下声频频道是最具挑战性的通信渠道之一。 由于周期性潮汐和日常气候变异,水下噪音定期波动,导致声频频道质量长期周期性变化。此外,时间变化频道质量导致航线故障。声频频道估计流程协议,即水下频道-有线线路路程协议最近提议保持航道性能。然而,这些航道协议的频道估计算法大多是线性,很少考虑声频频道的周期性能。在本文中,我们根据近邻回归情况对水下声频网络进行声频频道估计。我们延长SNR(信号对噪音比率)时间序列的周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性周期性预测。此外,我们提议快速搜索算法并使用统计储存压缩来优化航道运行速度和空间复杂性。与线性方法不同,这种算法大大提高了模拟和海上试验数据集的频道预测准确性能(最多为三次 ) 。我们随后建议对SQ-B-CR-CAR系统平均传输流流流流流流流流流流流流流路路路路路路路路路路路路段平均传输速度的进度传输优势进行顺利传输协议。

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