[发明专利]水下传感器网络中基于AUV位置预测的数据收集方法

说明书

本发明公开了一种水下传感器网络中基于AUV位置预测的数据收集方法，包括：AUV按照预先定义的螺旋轨迹在网络中巡游进行数据收集且轨迹会进行调整，这个螺旋轨迹可以分解成水平方向上的圆周运动与垂直方向的匀速直线运动，节点根据自己的位置以及AUV的轨迹计算自己是否在AUV的收集区域内，在收集区域内的节点等待AUV到达本节点附近后进行通信，收集区域外的节点通过多跳将数据转发到收集区域内。本发明支持AUV巡游网络进行数据收集，降低了节点的能量消耗，AUV在巡游网络的时候不需要广播控制包，降低了通信开销。

技术领域

本发明涉及一种水下传感器网络中基于AUV位置预测的数据收集方法，属于无线传感器网络数据采集技术领域。

背景技术

随着世界各国陆续将经济开发的目光转向海洋，水下传感器网络(UWSN,underwater wireless sensor networks)已经成为了新的研究热点。水下传感器网络在海洋数据采集、污染监测、海洋勘探、灾难预警、辅助导航、战场监视和矿产探测等方面显现出重要作用。而数据采集是水下传感器网络的基本应用之一。人们通过在感兴趣环境中部署大量传感器节点，对各种兴趣数据进行采集，如温度、湿度、声音、图像、视频等，大数据量的采集，如图像、视频数据的采集，给数据采集方案的设计带来了一定的挑战。同时，水下的严酷环境，比如说数据传输率低，传播延时大，节点充电困难等导致陆地上已经发展成熟的路由协议，数据收集算法不适用与水下传感器网络。因此，如何在采集大量兴趣数据的同时，实现网络的能量消耗均衡、能量高效，延长网络使用寿命成为一个极具挑战数据采集设计问题。

目前，行业内对使用AUV水下数据收集的相关研究也取得了一定的进展。SeokhoonYoon等人在2012年的《Sensors》上发表的文章“An AUV-Aided Underwater RoutingProtocol for Underwater Acoustic Sensor Networks”提出了一种使用AUV辅助的水下传感器网络的路由协议。网络中有一个AUV从网关节点处进行数据收集，有网关节点进行普通节点的数据收集。使用长距离低速率通信用于控制包通信，控制包通信用于选择网关节点。节点之间的通信使用中距离的通信。AUV与sink之间的通信使用短距离的高速通信。普通节点根据邻居节点的剩余能量与距离网关的距离选择下一跳节点，节点数据发送到网关节点后网关进行数据聚合然后发送到sink节点。这种方法有效地减小了节点的能量消耗，但是AUV巡游距离过长会导致延迟增大。

Yuh-Shyan Chen等人在2013年的《IEEE SENSORS JOURNAL》上发表的文章“Mobicast Routing Protocol for Underwater Sensor Networks”提出了一种使用AUV进行数据收集的地理位置路由协议。AUV按照某个轨迹巡游网络进行数据收集。在AUV到达节点附近前，节点处于休眠状态，当AUV到达某个区域时，会本区域内的节点会唤醒下个收集区域内的节点。这样有效地减少了节点的能耗，但是由于AUV要巡游全网，网络的时延会比较长。

Nadeem Javaid等人在2015年的《Sensors》上发表的文章“An Efficient Data-Gathering Routing Protocol for Underwater Wireless Sensor Networks”提出了一种使用AUV辅助的节能的路由协议。AUV按照预先定义的圆形轨迹在网络的中部巡游，AUV在移动的同时会广播 hello包，收到hello包的节点计算自己与AUV的RSSI，具有最大RSSI的节点成为网关节点，其他节点根据自己与网关节点的RSSI构建数据传输树，数据由其他节点传输到网关节点再由网关节点传输到AUV。这种方式避免了多跳造成的高能量消耗，但是AUV轨迹固定会造成热区问题。