[发明专利]一种基于AUV三维移动模型的水下传感网数据收集方法

说明书

本发明涉及一种基于AUV三维移动模型的水下传感网数据收集方法，包括：AUV获取所有目标节点的位置；所述目标节点为若干水下传感器组成的簇中的簇头节点；获取AUV遍历所有目标节点时间和最短的移动路径，根据所述移动路径收集数据；其中，AUV访问任意目标节点的时间为AUV到目标节点的距离与AUV在水中合成速度的商，AUV到目标节点的距离基于目标节点的位置获取，AUV在水中的合成速度基于AUV的航速与沉浮速度获取。本发明根据AUV到不同目标节点的方向和速度构造三维移动模型并计算到每个目标节点的速度和时间，找到高效的收集路径，从而实现高效数据收集的方法。

技术领域

本发明属于大规模水下传感网数据收集领域，特别涉及一种基于AUV三维移动模型的 水下传感网数据收集方法。

背景技术

近年来，伴随着无线传感器网络技术的快速发展，水下传感网广泛应用于海洋资源探测、 水下环境监测、和辅助导航等领域。水下传感网络是由具有通信与计算能力的传感器节点构 成的水下监测网络系统。水下传感器网络的研究已主要包括水下通信技术、网络部署、定位 跟踪和数据收集等方面，其中数据收集至关重要。由于现代水下应用会产生大量高清视频、 音频、图片等数据，且远距离传输数据容易衰弱，且底层传感器节点的电池更换或者充电困 难。当传感器节点收集到数据需交付至水面汇聚节点时，需经过多跳路由转发，耗费大量能 耗，造成部分节点关闭，导致整个网络失效死亡。如何高效收集数据、减少关闭节点、减少 数据延迟成为一个亟需解决的问题。

目前针对水下数据收集主要方法分为两类：多跳路由数据收集方法和AUV数据收集方 法。在多跳路由方法中，源节点收集数据通过选择中继节点向上转发数据，直到水面汇聚节 点接收到数据，如VBF(vector-based forwarding)协议。在AUV数据收集方法中，一般假设 水下传感网是集群化的，有部分簇头节点或者网关节点，其他节点通过多跳将数据转发到簇 头节点或者网关节点，AUV遍历簇头节点或者网关并收集数据，最后AUV上浮将收集到的 数据转发给水面汇聚节点。如AEERP(AUV-aided energy efficient routingprotocol)，SEDG (Scalable and efficient data gathering)协议等。这些方法中，AUV按照预先规划好的路径匀 速移动，遍历所有簇头或网关节点并收集数据。

但是，这些技术普遍存在以下缺点。其一，陆上传感网主要采用无线电传输数据，而水 下大多数方法通过声波传输数据，虽然声波传播距离远(≤10km)，但是声波传输带宽低 (100Kbps)。在多跳传输数据的情况下，部分节点能耗较多，越靠近水面汇聚节点的中继节 点转发数据越多、耗能越多，网络生命周期短。其二，大多数AUV收集数据都是基于匀速移动收集数据，但是在水下环境中AUV可能会受到水流、水压、障碍物等影响，AUV移动 包括上升、下沉和平移等状态，不同运动方向和位置，速度不同，数据收集情况也会不同， 统一设定相同速度减少了降低AUV移动时间的可能性，降低了收集数据效率。换言之，原 有的水下传感网数据收集方法过于理想化，没有考虑到AUV在水下三维空间移动速度和方 向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于AUV三维移动模型的水下传感 网数据收集方法，根据AUV到不同目标节点的方向和速度构造三维移动模型并计算到每个 目标节点的速度和时间，找到高效的收集路径，从而实现高效数据收集的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于AUV三维移动模型的水下传感网数据收集方法，包括：

AUV获取所有目标节点的位置；所述目标节点为若干水下传感器组成的簇中的簇头节点；

获取AUV遍历所有目标节点时间和最短的移动路径，根据所述移动路径收集数据；其中， AUV访问任意目标节点的时间为AUV到目标节点的距离与AUV在水中合成速度的商，AUV 到目标节点的距离基于目标节点的位置获取，AUV在水中的合成速度基于AUV的航速与沉浮 速度获取。