[发明专利]一种基于水声网络路由算法的通信方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于水声网络路由算法的通信方法及系统。该方法包括：根据各水下节点的延时和剩余能量，计算各节点的邻居节点的优先级；根据所述优先级更新各水下节点的候选路由信息表；所述候选路由信息表中存储有优先级最高的两个邻居节点；当各水下节点收到待传递的信息时，选择更新后的候选路由信息表中优先级最高的邻居节点进行数据传输。由于选择转发节点时未对方向做出限制，存在循环转发情况，对此设计了循环避免算法。上述方法能够缩短数据包的端到端延时，降低了传统路由算法交付率与能耗的冲突，在保证数据交付率的同时减小了系统能耗。

技术领域

本发明涉及水声网络技术领域，特别是涉及一种基于水声网络路由算法的通信方法及系统。

背景技术

随着微电子工业和陆地无线传感器网络的发展，近年来水下无线传感器网络(Underwater wireless sensor network，UWSNs)越来越受到人们的重视。UWSNs在水下资源探测、污染监测、导航等方面有着广泛的应用。光信号在水下具有散射和快速衰减的特点，不能应用于超宽带网络。射频(RF)由于衰减快，也不能应用于UWSNs。因此，水声信号被应用于UWSNs中。路由协议是UWSNs的重要组成部分，设计一种良好的路由算法对UWSNs的推广应用具有重要意义。由于UWSNs具有可用带宽低、能量有限、拓扑结构动态、误码率高、信号传播速度慢、经济成本高、网络安全性低等特点，地面网络的路由协议不能直接在水声网络中使用。在设计UWSNs路由协议时，必须考虑以下几个特点：(1)动态拓扑结构。一方面，水下传感器节点随着船舶的运动、微生物的活动等而移动。另一方面，水下节点的死区导致了拓扑结构的变化。(2)长延时。声音信号的传播速度只有1500m/s，比无线电信号在空气中的传播速度低5个数量级。(3)能量有限。水下传感器节点只能用电池充电，不能用太阳能。一旦电池的能量耗尽，即认为该节点死亡。

由于声音信号的传播速度慢，使得水声网络的长延时目前仍是该领域的一个难题。而在灾难预警方面，如地震、海啸的预警，每提前一秒接收到预警信号，人们的生命财产损失将降低很多。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种基于水声网络路由算法的通信方法及系统，缩短水下信号传输的延时。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于水声网络路由算法的通信方法，包括：

根据各水下节点的延时和剩余能量，计算各节点的邻居节点的优先级；

根据所述优先级更新各水下节点的候选路由信息表；所述候选路由信息表中存储有优先级最高的两个邻居节点；

当各水下节点收到待传递的信息时，选择更新后的候选路由信息表中优先级最高的邻居节点进行数据传输。

进一步地，计算各节点的邻居节点的优先级，具体包括：

计算当前节点接收到信标信号的时刻与Sink节点发送信标信号的时刻的差值，为第一差值；

计算当前节点的邻居节点接收到信标信号的时刻与Sink节点发送信标信号的时刻的差值，为第二差值；

计算当前节点接收到“hello”包的时刻与邻居节点发送“hello”包的时刻的差值，为第三差值；

根据所述第一差值、所述第二差值以及所述第三差值计算延时；

根据所述延时以及当前节点的剩余能量，计算当前节点的优先级。

进一步地，优先级计算公式如下：

P＝K₁α+K₂β

其中，P表示优先级，K₁和K₂为常数，分别表示延时和剩余能量的权重，α表示节点剩余能量占初始能量的比值，β表示延时。