[发明专利]基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法

说明书

一种基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法。其包括网络初始化、数据传输和网络修复阶段等步骤。本发明中网络初始化阶段通过构建动态网络分层结构，将水下传感器网络中的水下普通传感器节点分出层次，从而形成递进梯度，使得在后续的数据传输阶段可使数据包依据水下普通传感器节点的层次关系向相应的水下自主航行器传输。在数据传输阶段，水下普通传感器节点根据候选节点的复合转发因子对候选节点的传输优先级进行排序，基于候选节点传输优先级的大小进行候选节点集的传输协调，从而避免数据包冲突，降低网络时延；在网络修复阶段，利用网络修复模型在初始动态网络分层结构发生变化时进行周期修复，以提高水下传感器网络的传输性能。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络技术领域，特别是涉及一种基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法。

背景技术

水下传感器网络是无线传感器网络在水下的一个重要应用。水下传感器网络是指将耗能低、具有一定通信距离的水下传感器节点部署到指定海域中，利用节点的自组织能力自动建立起网络。这些水下传感器节点具有声通信能力，而浮于水面的声纳浮标具有视频和声通信能力。水下传感器节点将声信号向位于水面的声纳浮标传输，声纳浮标接收后，再通过无线射频信号向控制中心传递，进而完成对水域信息的采集。由于水下传感器网络在海洋管理、资源保护、灾害监测、海洋工程、海上生产作业和海洋军事活动中起到促进作用，因此近年来在世界上得到了广泛关注。由于水声传感器网络采用水声信道通信，然而，由于声通信的有限带宽、高比特误码率和高传输速率等特点，因此使得实现水域的声通信仍存在巨大挑战。它与传统的陆上传感器网络相比存在路径失效、噪声、多途干扰、传输延时和多普勒效应等一系列问题。

同陆上传感器网络一样，路由方法是水下传感器网络的重要研究内容之一，其目的是在水下数据源节点和汇聚节点间建立一条数据传输路径。因此，针对水下无线传感器网络可靠性差、带宽窄、能耗高等特点，很多研究者在水下无线传感器网络路由方法方面已取得一定的成果。Yan H提出了基于深度的路由协议DBR(Depth-based routing)，DBR中节点通过压力传感器获得自身的深度信息，利用深度差进行路由调度，一旦接收到数据包，节点将与发送节点进行深度比较，如果发送节点离水面更近，则该节点为转发数据包的候选节点。DBR协议在密集网络中具有良好的性能，但在稀疏网络中可能会出现多个转发节点传递同一个数据包，或节点找不到合适的下一跳转发节点的现象，造成信息的冗余发送和数据包的传输延迟。Chen J等人发明的REBAR(Reliable and Energy Balanced RoutingAlgorithm)路由协议提出将节点移动性作为平衡网络能量消耗的一种积极因素，它将网络分割成两个区域并定义其中一个是汇聚周围的热点区域，其他部分为普通区域，协议将通过节点的移动性来调换两个区域内的节点，从而平衡各个节点间的能量消耗情况，然而此协议需要明确知道每个普通节点和汇聚节点的地理位置，地理位置信息的获取又将增加一定的网络能量消耗和数据传输信息。Seokhoon Yoon等人提出了一种AUV辅助的路由协议AURP(An AUV-Aided Underwater Routing Protocol)，节点分层不需要位置信息，数据按分层信息传递到网关节点，再由AUV高速率近距离收集数据，并将数据运送到汇聚节点，文中考虑了AUV收集路径对网络性能的影响，但对动态拓扑适应性不强，没有充分发挥AUV的能动性。

水下传感器网络中大多采用水下机器人、水下滑翔机、水下普通节点以及水面基站等多种设备配合协调运作。在异构的水下设备网络中，多个普通节点和多个移动节点通信可看作多源节点和多汇聚节点进行数据传输的通信情景。因此，以AUV作为多移动汇聚节点的水下网络的路由方法设计应着重考虑节点能量消耗、数据交付率、汇聚节点的多样性和移动性等问题。但目前尚未发现基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法方面的报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法包括按顺序进行的下列步骤：