[发明专利]一种基于矢量的水下传感器网络转发方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信网络领域，尤其涉及一种基于矢量的水下传感器网络转发方法及系统。

背景技术

目前传感器网络已经成为许多应用中非常强大的技术，包括监控、测量、监测和控制。已经有许多研究者提倡在水下环境中应用传感器网络的构想(即，形成水下传感器网络(UWSNs))。尽管水下传感器网络(UWSNs)与地面传感器网络有一些相同的特性，如密集部署和有限的能量，水下传感器网络从地面传感器网络仍在许多方面有明显不同：低带宽，高延迟，节点漂浮流动(导致高的网络动态性)、错误概率高以及三维空间。这些新功能给UWSNs网络协议的设计带来了许多挑战。

UWSNs中的路由挑战：与地面传感器网络相同，节能是UWSNs中一个重点。同时，网络路由应该能够处理节点的移动性。这个要求使大多数现有的节能的路由协议不适合UWSNs。大多数面向地面传感器网络提出的路由协议，主要是针对具有受限移动性的固定网络或网络设计的。它们通常使用查询洪泛作为发现数据传递路径的有力方法。然而在UWSNs中，大多数传感器节点都是移动的，即使由于强多径的小位移，网络拓扑也会发生非常迅速的变化。在高动态网络中，转发路径的维护和恢复是非常昂贵的，在密集的三维动态UWSNs中更贵。因此，为了在UWSNs中提供可扩展的和高效的路由，我们必须寻求新的解决方案。

因此，针对以上不足，需要提供一种基于矢量的水下传感器网络转发方法及系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决传统的水下传感器网络转发方法数据传输效率不高、能耗较大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于矢量的水下传感器网络转发方法，包括以下步骤：

当任一转发机接收到其他转发机发送的数据包时，根据所述任一转发机的位置信息确定所述任一转发机是否位于转发路由管道中；当所述任一转发机位于所述转发路由管道中时，将所述数据包保存预设时长；

获取预设时长内向所述任一转发机发送所述数据包的所有其他转发机的位置信息，根据所述任一转发机的位置信息和所有所述其他转发机的位置信息分别计算所述任一转发机相对于每个其他转发机的满意因子，并判断所有所述满意因子中的最小值是否小于预设转发值；

当所有所述满意因子中的最小值小于预设转发值时，所述任一转发机基于发射机和接收机的位置信息向目标区域发送所述数据包。

进一步，所述转发路由管道包括:根据发射机的位置信息和接收机的位置信息确定中心线，并以所述中心线按预设半径围成的圆柱体区域。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据发射机和接收机的位置确定中心线，以中心线按预设半径围成圆柱体区域为转发路由管道，对超出所述路由管道的节点进行剔除，避免转发效率不高的节点转发数据包以减少能耗。

进一步，所述数据包中包括：发射机、所有转发机、接收机和向所述任一转发机发送所述数据包的其他转发机的位置信息；

所述满意因子的计算公式为：

其中，α为满意因子，W为所述转发路由管道的半径，d为所述任一转发机到所述其他转发机的距离，R为所述其他转发机最大传输距离；给定路由向量其中S₁为发射机，S₀为接收机，将路由向量用于所述其他转发机；p为所述任一转发机到所述路由向量的垂直距离，θ为所述接收机与所述任一转发机到所述其他转发机之间的夹角。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过对每一个节点发送数据包的满意因子进行量化计算，使每一个节点转发数据包的效益可以通过计算后进行对比，提高转发的效率。

进一步，所述预设时长的计算公式为：

其中，T_adaptation为所述预设时长，所述α为所述满意因子，T_delay为预设置的转发机转发数据包最大延迟时间，R为所述转发机最大传输距离，d为所述任一转发机到所述其他转发机的距离，ν₀为声信号在水中的传输速度。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据节点的满意因子来使该节点将接收到的数据包进行存储，满意因子越小，即该节点进行转发的效率更高，此时延迟的时间越短，节点越快将数据包转发出去，提高节点的转发效率。