[发明专利]水下传感器网络中基于距离的能量均衡动态地理路由方法

说明书

一种水下传感器网络中基于距离的能量均衡动态地理路由方法，包括：邻居节点表的建立与维护；根据邻居节点表选择转发数据包的邻居节点构成数据包转发区域；计算转发因子；根据转发因子设置相邻传感器节点等待转发数据包的时间。本发明通过节点的坐标位置信息进行路由选择，有效地弥补了拓扑信息路由方法的一些缺陷；动态的调整转发区域的大小，减少过多的冗余节点发送数据，使得路由协议能够做到动态自适应性。当节点的剩余能量越大，越容易转发数据，反之亦然。最终，能够达到能量均衡的目的。

技术领域

本发明涉及一种水下无线传感器网络路由方法。特别是涉及一种水下传感器网络中基于距离的能量均衡动态地理路由方法。

背景技术

水下无线传感器网络是由一系列具有声学通信能力和计算能力的传感器节点构成的水下检测网络系统，在海洋资源勘测，水污染检测、海洋地震监控、战术监视等领域都有着广泛的应用前景。路由问题是水下传感器网络中的关键问题之一。

因为无线电波在水下会被严重吸收，损耗严重，光波又会有严重的散射，都不符合水下网络的通信要求。水下环境中节点通信能耗大、能量补给及节点更换困难，且水下传感器网络的拓扑控制与优化问题也远比地面传感器网络复杂。所以在水下传感器网络中，信息通常通过声学通信的方式进行传播。由于声音在水下的传播速度只有1.5×10³m/s(远远低于无线电波在空气中的传播速度(3×10⁸m/s))，所以水声信道具有高延迟和高误码率的特点。在无线传感器网络路由协议方面，现有的陆上无线传感器网络(WSNs，wirelesssensor networks)路由协议虽然已经有很多种，但却无法直接应用到水下传感器网络中。针对水下传感器网络的相关特性，学者们提出了大量的适合水下网络的路由协议。通过实验分析发现地理路由协议更加适合水声传感器网络的环境和特性，所以地理路由协议逐渐成为水声传感器网络路由协议方向的研究热点，常见的包括GPSR、VBF、FBR、DFR协议等。由于水下网络的节点不断移动，拓扑结构也不断变化，而传统的水声网络的地理路由协议设置都只是针对特殊单一的网络环境。例如，在VBF(vector-based forwarding routingprotocol)路由协议中存在管道半径问题，如果半径设置过小就可能造成管道内没有可用的转发节点，即造成空洞问题，如果管道半径设置过大就会造成有过多的节点在管道内部，产生过多的冗余转发，导致能量消耗过多，无法很好的适应动态变化的网络环境。

在虚拟管道路由协议(VBF，vector-based forwarding routing protocol)中，以源节点和目的节点的连线为轴，预先设定一个半径R，建立一个虚拟的圆柱形管道，所有的数据包都沿着管道内部传输，即只有管道内的节点才会转发数据包。管道半径对路由效率影响较大，但是管道半径R却不容易确定。R过大将导致过多的节点参与转发数据，造成能耗过大，R过小可能会导致管道内没有可以转发的节点，形成空洞，数据无法正常转发。特别是在节点密度分布不均衡时，无法找到合适的管道半径提高路由效率。而后又对VBF的空洞问题进行了改进，提出了HHVBF(hop-by-hop vector-based forwarding routing protocol)路由协议。

在聚束路由协议(FBR，Focused Beam Routing Protocol)中以源节点和目标节点的连线为轴，以预先设定的锥角θ定义一个虚拟圆锥体，如果节点位于圆锥体内部则转发数据包，否则丢弃数据包。与VBF协议类似，只有圆锥体内的节点参与转发数据包，可以有效的降低能耗。但是由于网络节点密度分布不均衡，锥角θ的值很难控制以满足较好的效率。