[发明专利]基于RBS同步机制的水下声学无线传感器网络节点动态定位方法

说明书

本发明公开了一种基于RBS同步机制的水下声学无线传感器网络节点动态定位方法，通过有效的信息处理方法降低水下环境给水下传感器网络节点同步和定位过程带来的影响。首先提出一种适合在水下声学传感器网络中实施的低功耗的同步机制，通过对水下立体传感器网络进行基于事件驱动的多层多域分簇以降低水下声学信号传输时间对同步的影响；然后，分别将分布式压缩感知技术和网络编码技术应用于水下声学传感器网络，通过对数据的压缩感知处理和网络编码传输技术实现对传感器节点的数据压缩和传感器节点间的数据可靠传输。

技术领域

本发明涉及一种基于参考广播同步(RBS)机制的水下声学无线传感器网络节点动态定位方法，包括一种对水下立体传感器网络进行基于事件驱动的多层多域分簇的方法；以及一种适应于在水下声学传感器网络实施的基于分布式压缩感知和网络编码的数据可靠传输机制，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。其组网综合了传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术、分布式信息处理技术、和网络技术等多领域，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。无线传感器网络的这些特点决定了其必将能够在海底资源勘测、海洋灾害预警和海洋环境监测领域发挥重要作用。而水下传感器网络定位技术是水下传感器网络能否更好发挥作用的关键。

但是，因为自然环境影响，在水下无线电波和激光只能实现短距离的高速通信，并且激光需要直线对准传输，水的清澈度会影响通信质量，所以不能满足远距离水下组网的要求。因此，目前水下传感器网络大多还是利用声波组网，但是声波信号传输速度较慢、带宽小，并且水下特殊环境使声波信号在传播过程中容易受水中盐度、温度、压力的影响具有极大的不确定性。

另一方面，无线传感器网络节点的能量、存储能力和计算能力都非常有限，并且水下无线传感器网络还具有带宽窄、信号衰减严重、时延大且动态变化以及误码率高的特点。此外，水下传感器网络具有分层结构，并且节点容易随潮汐动态移动，这些特点都导致水下无线传感器网络的研究不同于陆上传感器网络，为水下无线传感器网络节点定位研究带来了极大的困难。

基于上述原因，本发明提出一种基于RBS同步机制的水下声学无线传感器网络节点动态定位方法，包括适合在水下传感器网络中实施的低功耗的同步方法，以及一种有效的信息处理方法以降低海洋环境给节点同步和定位过程带来的影响。

发明内容

首先，由于同步是实现节点准确定位前提条件，针对陆上有效的时钟同步方法难于直接应用于水下传感器网络，以及水下传感器网络定位算法存在的问题，通过对水下立体网络进行多层多域分簇的方法将基于RBS同步机制的后同步思想 (post-factosynchronization)引入到水下传感器网络实现低能耗的节点之间相对同步，此外通过簇与簇之间的相对同步实现网络级的同步。

其次，针对RBS同步过程初期各个分簇之内的节点之间需要大量信息交换以及水下传感器网络带宽较窄的问题，将分布式压缩感知理论(Distributed CompressedSensing, DCS))引入到水下传感器网络对节点之间需要交换的数据进行压缩以提高节点之间数据交换的效率，进而提高节点之间时间同步的准确度。

最后，针对水下通信信号衰减严重，传输过程中误码率高以及时延和时延抖动动态变化的问题，将网络编码技术 (Network Coding, NC)引入到水下传感器网络中，利用网络编码技术本身的特点提高数据传输的可靠性，进而提高节点之间同步的准确度并减少测距过程中由于信息丢失和时延给定位准确度带来的影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1用于海洋环境监测的分层无线传感器网络体系结构示意图。

图2网络分簇同步示意图。