河海大学提出自主式水下航行器通过这种新方法在海洋深处巡航

海洋的深处是一个鲜有人去过的黑暗深渊，它长期以来一直是神秘的。但这个陌生的环境仍然攸关我们的利益； 科学家们想知道哪里的污染最严重，哪里的海底发生地震。被动传感器可以收集这样的数据，但在这种阴暗的环境中传输数据是一个挑战。

河海大学的韩光洁和他的同事们提出了一种新方法，自主式水下航行器（AUV）通过这种新方法在海洋深处巡航，能更好地收集这些传感器的数据。他们的设计于3月27日发表在了IEEE Transactions on Mobile Computing上。

照片来源：韩光洁

在东海下水的“C-shark”自主式水下航行器。

每个传感器（称为节点）在收集数据时都是静止不动的。与此同时，一队AUV被分派到网络上，沿着预定的轨迹巡航，从每个节点收集数据。

无线电波被水吸收，因此水下传感器和航行器通常通过声波信号来发射和接收信息。但是声波在水中传播的速度和距离都不及在空中传播的无线电波。

随着AUV的增多，挑战也越来越多。韩教授说：“特别是，由于水声通信质量差、通信距离短，AUV之间很难直接通信和同步信息。”

更重要的是，不靠近AUV计划路径的节点必须将其数据中继到与AUV足够接近的其他节点以传输数据。这就在网络中创建了“热区”，其中一些节点负担过重，可能耗尽能量并停止运转。韩教授说，“在热区的一些节点停止运转后，热区附近的节点可能无法找到一个与之通信的邻居节点，从而导致数据丢失。”

在他们新提出的称为HAMA（High-Availability data collection scheme based on Multi-AUVs，基于多AUV的高可用性数据收集方案）的方法，AUV能够调整它们的巡航轨迹，以缓解热区问题。同样，HAMA具有故障发现和修复机制，避免了在一些AUV发生故障时数据丢失。如果一个节点试图向AUV发送数据时发现AUV已发生故障，则它使用多跳通信方法通知其他节点。然后，功能良好的AUV将取代故障AUV来收集数据。

照片来源：韩光洁

一艘自主式水下航行器在水中巡航。

研究人员在许多模拟中测试了他们的方法。韩教授说：“模拟结果表明，与其他算法或方案相比，采用HAMA可以延长网络的生存期，降低并平衡节点的能量消耗，提高数据包的交付率。”

虽然这种方法确实具有许多优点，但与论文中提到的其他方法相比，它会导致接收信息的延迟时间更长。这在需要及时更新信息时（例如，海底火山正在爆发时），可能是有问题的。韩教授和他的团队计划在之后的研究工作中解决这个问题。

韩教授说：“我们认为网络延迟主要是由数据传输时间、数据处理时间和AUV的运动造成的。因此，在未来，我们将从这些方面减少网络延迟。”