[发明专利]一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法

权利要求书

1.一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立水下传感器网络，包括水底节点、水中转发节点、浮标节点和汇聚节点；所述水底节点、水中转发节点与浮标节点均具备水声通信功能；

(2)将水下传感器网络分成若干个相邻接的形状为蜂窝式六棱柱结构的分区，使用三种时隙标识符对各分区进行分配，且相邻分区的时隙标识符不同；

(3)不同时隙标识符对应不同时隙，设定具有相同时隙标识符的分区内节点使用同一个时隙进行数据传输，具体数据传输过程为：水底节点使用水声通信，通过水中转发节点将数据发送至浮标节点；

(4)汇聚节点与各分区内的浮标节点之间采用电磁波无线通信，通过电磁波无线通信将数据发送至管理中心；

所述步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)管理中心根据水底监测区域的大小、传感器节点的密度、传感器节点的通信范围规划蜂窝式六棱柱分区，于所有分区分配三种时隙并生成时隙标识符；

(2.2)管理中心将采用无线电磁波通信把整个水底监测区域的二维坐标、六棱柱分区的六边形边长信息与时隙标识符直接或通过汇聚节点发送至所有浮标节点，浮标节点将该信息加入信标帧，采用水声通信通过水中转发节点以多跳广播方式发送至水底节点；

(2.3)所有水底节点接收广播信息，根据水底监测区域的二维坐标范围、六边形边长信息与自身的位置坐标计算所在六棱柱区域，并记录所属分区的时隙标识符；

(2.4)水中转发节点经过水下定位后计算所在六棱柱区域，记录所属分区的时隙标识符；水面浮标节点通过无线电磁波通信直接获取地理位置信息计算所在六棱柱区域，记录所属分区的时隙标识符。

2.根据权利要求1所述的一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于：所述水底节点的位置固定，部署时已配备位置信息；所述水中转发节点的位置不定，其可获取深度信息；所述浮标节点部署在水面上，可通过定位获取位置信息；所述汇聚节点的数目可以是一个或者多个，游走于水面，与各分区内的浮标节点无线通信获取数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于：所述水下传感器网络中所有水底节点均装设有压力传感器，以获取其深度信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于：所述水下定位指的是：水中转发节点采用多边定位算法实现水中定位。

5.根据权利要求1所述的一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)划分三个等长的通信时隙，即为T1、T2和T3；

(3.2)令三种不同的时隙标识符分别对应通信时隙T1、T2和T3，形成TDMA时隙分配表，存放于所有节点；

(3.3)令具有相同时隙标识符的分区内节点使用同一个时隙进行数据收发；对水底节点、水中转发节点和浮标节点均分配激活、感知、休眠三种状态；当到与时隙标识符通信标识对应的通信时隙时，对应区内的水底节点、水中转发节点与浮标节点三种节点转为激活状态，进行区内数据传输；当未到与时隙标识符通信标识对应的通信时隙时，对应区内的水底节点转为感知状态，采集海底数据，水中转发节点转为休眠状态，水面浮标节点转为感知状态，感知汇聚节点的靠近，并以电磁波通信发送数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于，分区内节点进行数据传输的具体过程包括以下步骤：

(1)分区内所有的水底节点进行集群路由；包括：分区内所有水底节点进行簇头节点选举；通知同一分区内其他水底节点加入簇，成为簇成员；簇形成后，簇头节点广播TDMA时隙分配表至簇成员节点，其他簇成员节点周期性采集数据，到达所属时隙时将数据发送至簇头节点，簇头节点融合接收到的数据；

(2)簇头节点使用机会路由协议，通过水中转发节点将前述经过融合的数据发送至水面浮标节点。

7.根据权利要求1所述的一种基于柱状蜂窝式水下传感器网络跨层数据传输方法，其特征在于：所述蜂窝式六棱柱结构的六边形为等边六边形，边长可根据水底监测区域的大小、传感器节点的密度、传感器节点的通信范围进行调整。