[发明专利]用于水下传感网络多目标优化机会路由的方法

说明书

本发明公开了用于水下传感网络多目标优化机会路由的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）定义多目标优化机会路由MOO‑BA路由；2）初始信标；3）动态寿命估计DLE；4）初始路径；5）群优化问题求解：6）改进BA的路径优化。这种方法能防止同一节点因频繁转发数据耗尽能量，达到能耗均衡的目的，提高网络生命周期，降低端到端延迟、提高有效数据包传输量。

技术领域

本发明涉及水下通信，具体是用于水下传感网络多目标优化机会路由的方法。

背景技术

水下传感网络(Underwater Sensor Networks，简称UWSNs)与其他adhoc网络类似，由许多传感器组成，这些传感器部署在水中给定区域内协作执行其任务。与依赖无线电信号相互通信的地面传感器节点不同，水下传感节点使用声学信道作为通信介质，速度为1500米/ 秒，比无线电信号低5个数量级。此外，声学信道的可用带宽通常小于15kHz，比地面信道相比要窄得多。水下传感网络的发展促进了各种应用的发展，包括海洋环境监测、海洋地质勘探、水下资源开发和灾难预警等。由于水域环境特殊，水下声通信存在着巨大挑战。例如能见度跟踪能力差，声音的传播速度低，以及海水的高动态物理特性，如温度，压力和盐度使其具有多样性。因此，通过使用具有低带宽声学调制解调器的多个传感器来监视这种挑战性环境变得至关重要。由于海洋面积广阔并且占地球表面的四分之三，所以必须部署多个传感器来监测待测区域。目前，网络生命周期是第一个节点在网络中能量完全耗尽时，Ts是网络中数据传输的开始时间；T(ξng)是第一个节点的能量耗尽的时间，即NetworkLifetime＝Ts-T(ξng)＝0。

现有技术中已经有公开：基于深度的DBR(Depth-based Routing)路由协议，该协议中节点通过深度信息进行数据转发；多层路由协议MRP(Multi-layer RoutingProtocol),该协议中通过超级节点解决了空间信息的需求，并通过不同的层转发数据包；DBR协议改进的路由协议EEDBR,EEDBR考虑了节点能量和深度信息来选择下一跳节点，将感测到的数据转发到浅深度并具有高能量的节点；基于轮换转发优先级的机会路由RFP-OR(Rotating Forwarding Priority-based OR)，RFP-OR通过考虑数据包传递率、能耗和水压值估计节点的适度值,以此来进行候选转发节点的选择，并设置各节点的转发优先级，节点转发优先级的轮换通过更新节点的适度值来实现。

水下传感器网络的主要挑战是在整个网络生命周期内保持节点之间的能量水平平衡，有效的路由协议成为完成水域监测的必要条件。

传统路由通过贪婪策略选择一跳邻居范围内的最佳转发节点，很容易陷入局部最优解决方案。同时，满足深度小于当前节点条件的节点都会参与到数据包的转发工作中，这会导致多个节点同时转发相同数据包，造成数据冗余和能耗。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种用于水下传感网络多目标优化机会路由的方法。这种方法能防止同一节点因频繁转发数据耗尽能量，达到能耗均衡的目的，提高网络生命周期，降低端到端延迟、提高有效数据包传输量。

实现本发明目的的技术方案是：

用于水下传感网络多目标优化机会路由的方法，包括如下步骤：

1)定义多目标优化机会路由MOO-BA(Multi-objective OptimizationOpportunistic routing based on Bat Algorithm，简称MOO-BA)路由：在MOO-BA的路由分组类型和消息格式中，任何数据包的数据包标题包含两个字段：发件人ID，数据包序列号，发件人ID是水下传感器节点的标识符；分组序列号是由水下传感器节点分配给分组的唯一序列号，发件人ID与数据包序列号相结合有助于避免路由过程中的重复，路由信息包括能量和深度，能量是信标节点的剩余能量，深度是当前转发器的深度信息，在信标发送阶段每个节点自动更新；