0引言

　　由于地球近2/3的表面积被水覆盖，海洋已成为21世纪各国竞争的新焦点，水下信息的监测、发送、传输、获取和处理等均需要可靠完备的水声通信网。随着通信技术的快速发展，通信网络规模日益庞大（已从陆空延伸至江海），水声通信网络已成为通信领域的新热点。水声通信网的研究在军事、环境、能源、自然灾害预防和处理等方面均具有巨大的应用潜力[13]。

　　目前水声通信网络的结构越来越复杂，规模也越来越庞大，人们对其要求也越来越高，网络建设需要大量的人力、物力和资金，这就要求在建设之前必须有操作性和可靠性强的设计方案。单纯地依靠经验很难对水声通信网络进行有效地规划和设计。因此，借助大型的仿真软件来规划和设计水声通信网络显得极为必要和紧迫[4]。目前比较典型的仿真软件主要有NS和OPNET 2种：NS是开源软件，功能强大，基于NS软件对水声通信网络及其性能的研究已有部分探索，如文献[57]就对水声信道进行建模，改进了水声通信网协议，仿真结果表明基于NS2能建立较好的水声通信网络；与NS相比，OPNET的界面友好，在模拟过程中很容易实现网络的优化和扩容，其界面可视化程度较高，可方便地导入各种图形，使仿真效果更形象直观，从而使研究者更容易上手，参与研究的人更多。

　　OPNET[89]是由麻省理工学院信息决策实验室受美国军方委托开发的，作为先进的网络规划、仿真及分析工具，OPNET及其应用发展在军事、通信、国防及电脑网络等相关领域已被广泛认可和采用。Modeler是OPNET的主要产品，采用三层建模机制，从下到上依次为进程层、节点层和网络层模型，用户可以根据它开放的环境建立新的协议和设备。OPNET仿真与其他常用网络仿真的步骤[1011]相似，即包含明确仿真任务，选择仿真内容，运行仿真，分析仿真结果等环节。使用OPNET Modeler仿真主要有以下几个步骤[12]：1）配置网络拓扑；2）配置业务；3）收集统计量；4）运行仿真；5）调试模块，再次仿真；6）分析结果和发布拓扑报告。近几年，基于OPNET的水声通信网络方面的研究虽已有很多探索，也取得了一些成果，但这方面的研究还存在很多有待解决的问题，及时总结相关的最新研究成果，分析不足，展望未来的研究方向显得极为必要和紧迫。因此，本文拟对基于OPNET的水声通信网络方面的研究成果进行总结，对当前研究中的问题进行分析，并提出未来拟开展研究的方向和建议，以促进相关方面的研究。

　　1水声通信网

　　水声通信网[13]是由布放在海底、海中的传感器节点（包括固定的传感器节点和自治水下航行器AUV）和海面浮标节点以及它们之间的双向声链路组成的，能大面积覆盖水下目标区域，可以对信息进行采集、处理、分类和压缩，并通过水下通信网节点以中继方式回传到岸基或船基的信息控制中心的综合系统。图1为1种典型的水声通信网络，该网络由海底传感器、AUV和海面网关组成，海面网关进一步与骨干网相连，形成信息的交互环境。

　　图1水声通信网络结构图水声通信网具有大规模、自组织和动态性的特点[14]。大规模体现在传感器节点分布在很大的范围内，且在一定区域内部署了基站和传感器节点。自组织体现在节点具有自组织能力，能够自动进行配置和管理。动态性体现在水声通信网拓扑结构可能适时变化，具体表现在环境可能适时变化，从而导致传感器节点出现故障或失效、传感器节点移动等，也表现在新节点的适时加入等。这就要求水声通信网要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。

　　在水声通信网中，有3种基本的网络拓扑形式[1315]：集中式、分布式和多跳式。在集中式网络中，节点之间的通信是通过网络的中心节点来实现的，它主要适合于深海网络。这种网络拓扑不足之处在于对中心节点依赖性太高。另外，单个调制解调器分布范围存在局限性导致该方式不适合大范围的环境。分布式和多跳式属于对等式网络拓扑结构。分布式拓扑在网络节点间提供点到点连接，它不需要路由，该方式的不足之处在于存在所谓的远近效应[16]。多跳式网络通过在相邻节点间建立通信连接而形成，从源节点到目的节点的信息传输通过数据包从一个节点到另一个节点的跳数传递，能够适应变化的智能算法决定了路由传递的信息。这种拓扑结构灵活性强，单个节点功耗小，随着分布节点的数目增加可以覆盖更大的网络面积，因此对于水声通信网有更大的研究价值。

　　2OPNET在水声通信网络中的应用

　　研究现状现有的水声通信网研究集中在物理层、数据链路层以及网络层，而OPNET的应用研究主要集中在链路层和网络层这2个层面。

　　目前，为使物理层协议更好地应用于水声通信网，主要把用于空中无线信道的调制解调器加以改进：使用先进的信号处理和功率控制技术开发低成本、低功耗的调制解调器，满足水声网的实际环境需要。文献[17]为水声网设计了一种软件调制解调器，它降低了传统调制解调器的硬件花费，且又能适合短距离的信道质量要求。文献[18]提出了可重构的水声调制解调器，经验证，该调制解调器能成功地传输数据，其硬件和软件的实时组件是可操作的。文献[19]也研究了适用于水声传感网的低功耗调制解调器，不过仍可进一步完善。