[发明专利]一种基于虚拟路由空洞的抗干扰型绿色水下流路由方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟路由空洞的抗干扰型绿色水下流路由方法，引入了一种干扰回避机制和一种虚拟路由空洞形成方法，可以建立多条互不干扰的基于流路由方法传输数据的路由路径，并使传输路径绕过海洋生物的受干扰区域，达到保护海洋正常生态环境的目的。本发明兼顾了环境友好和网络性能两个方面，对于节点移动速度较小的网络，具有低能耗、低延时、高包投递率的优点，契合我国建设生态海洋强国的战略方针。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟路由空洞的抗干扰型绿色水下流路由方法，属于水下声传感器网络。

背景技术

作为一项新兴的海洋科技，水下传感器网络(UWSNs)近年来被广泛应用于水体污染检测，水文信息采集，水下资源勘探，军事入侵监测，地震、海啸灾难预测等领域。由于无线电通信(RF)与激光通信在水中不适于长距离传输，水下传感器网络(UWSNs)主要采用水声通信技术。然而UWSNs网络并不是海洋中唯一的声学系统，海洋中有限的频谱资源被UWSNs网络和众多海洋哺乳动物共享，为了避免人为声学信号对这些水声海洋哺乳生物的影响，建设环境友好的水下认知声学网络(UCANs)已成为迫切需求。

建设环境优友好的水下认知声学网络的关键在于针对其网络各层设计环境友好的通信协议和方法，目前大部分研究要集中在物理层与MAC层，通过节点间协同感知频谱使用情况来协商信道的选择和分配，并结合功率控制调节发送功率以满足某一限制条件，达到其与自然声学系统的和谐共存，而很少有研究从水声网络的另一核心技术—水下路由机制的角度研究绿色环保通信或者兼顾绿色通信与网络性能，如吞吐量等。对此，本发明提出一种基于虚拟路由空洞的抗干扰型绿色水下流路由方法，通过将影响海洋生物的传感器节点设置成路由空洞，实现对海洋生物的保护，同时采用一种冲突回避方法，可建立多条互不干扰的流路由以确保网络性能。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于虚拟路由空洞的抗干扰型绿色水下流路由方法，采用了一种干扰回避机制，形成虚拟路由空洞，兼顾环境友好和网络性能。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种基于虚拟路由空洞的抗干扰型绿色水下流路由方法，设发送数据的节点为源节点，固定在水底，转发节点锚定在水里，数据最终汇聚到Sink节点，水下数据传输在常规流路由方法的基础上，在路径选择和建立过程引入了干扰回避机制，流路由建立及干扰回避机制引入的具体步骤如下：

步骤1：当源节点有数据需要发送，则通过控制信道向Sink节点洪泛流路由请求包，流路由请求包中包含待发数据的大小以及距离源节点的跳数，每一个转发节点收到流路由请求包会丢弃跳数大的，选择跳数小的进行跳数加1后转发；

步骤2：Sink节点收到流路由请求包后，通过跳数最短或最先到达的路径回复流路由回复包，流路由回复包中包含该节点的上一跳节点的ID号、其与上一跳节点所使用的OFDM通信信道以及该条流路由的生存周期；

步骤3：流路由回复包的回复过程中，只有步骤2中路径上已被选定的转发节点进行流路由回复包的转发，其他监听到流路由回复包的转发节点会将已被自身相邻转发节点使用的OFDM通信信道以及其参与建立的流路由的生存周期保存到信道记录表中，则监听到流路由回复包的转发节点在其相邻转发节点流路由的生存周期内如果参与其他流路由的建立，会排除已被占用的OFDM通信信道，选择空闲的OFDM通信信道，以避免干扰正在进行数据传输的相邻流路由路径，若信道记录表中的某条流路由的生存周期到了，则转发节点会将被该条流路由占用的OFDM通信信道从信道记录表中删除；

步骤4：源节点收到流路由回复包后，会从空闲的OFDM通信信道通过流路由回复包的回复路径，使用流路由方法将数据按分配好的数据信道传送至Sink节点。

优选地，所述步骤1中采用一种虚拟路由空洞的形成方法，用于规避海洋生物，具体步骤如下：