[发明专利]一种水声3D传感器网络中提高公平性的节点布置方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下声学传感器网络通信技术领域，具体的讲是一种在3D结构模式下用以提高节点相对传输公平性的节点布置方法。

背景技术

水下声学传感器网络是传感器技术、无线网络技术与水下通信技术相结合而产生的新研究领域。水下信道是一种与大气环境截然不同的传输介质，是目前为止研究人员所面临的最复杂的传输环境之一。陆地无线通信普遍采用高频电磁波作为信息传输的载波，但是在水下环境中，电磁波传输衰减很大，无法实现远距离通信，所以电磁波不适合作为水下通信的载波。相比较而言，声波在水下以纵波的方式进行传播，衰减速度比电磁波慢得多，是水下通信较为理想的载波。所以，水下声学传感器网络是以声波作为载波的无线通信网络。

水下声学传感器网络的发展面临很多挑战，主要是水声环境因素导致的，如较长且随时空变化的传播延迟、带宽受限、多径传输严重以及复杂的环境导致声速的变化等。

在水声传感网络的节点布置上，为了提高通信覆盖率，我们选择3D节点布置模式，在不同的深度布置节点采集信息并进行传输。这样的布置就必须考虑一个问题，那就是水下环境中声波速度不是一个定值，它受温度、压力等影响，随深度变化而变化，这点在我们设计水下声学传感器网络时需要考虑。

水介质中较长的传播延迟以及声速随水深渐变的特性使得我们必须考虑接收节点以及潜在竞争节点的位置，而在3D节点布置模式下，竞争节点与接收节点之间的位置关系更是复杂多样。此外，水下声学传感器网络中还存在时空不确定的问题，它是指接收时间的不确定性取决于传输时间（时间不确定）以及从发送到接收的相对传播延迟（空间的不确定性），这就为水下传感网络的公平性传输埋下了隐患。

所谓的公平性传输的问题，是指节点或者数据流在访问信道时存在不公平现象，不再是公平状态下的数据“先发先收”、“后发后收”，可能会出现很多节点数据“先发后收”、“后发先收”，情况严重时甚至可能出现单个节点或者数据流独占信道带宽资源而其他节点或数据流完全处于“饥饿”的状态。我们想要实现的公平性是指共享媒体的各个节点均匀地利用资源的能力。

公平性在无线通信的性能测量中是一个很重要的因素，它往往意味着网络资源的平均分配。在水声介质中，离接收节点近的节点往往更容易接入信道，而距离接收节点远的有可能一直捕获不到信道。但同时由于声波速度随水深的变化，也有可能会出现离接收节点近的节点“先发后收”，而离接收节点远的节点却“后发先收”的现象，这是一种特殊的而且严重的不公平现象，所以我们需要对水下声学传感网络的公平性进行检测并进而依此来更合理地布置节点，以实现更高的传输公平性。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能够提高水声3D传感器网络传输公平性的节点布置方法。本发明的技术方案如下：

一种水声3D传感器网络中提高公平性的节点布置方法，包括下列步骤：

步骤一：设将接收节点布置在水深为500米附近的水下，参考节点处于与其水深相同的水下，以接收节点为圆心、以参考节点和接收节点之间的距离为半径作球，球上各发送节点到接收节点同距，但数据传输所需延时不同；

步骤二：根据水声速度C与水深D的函数关系式