[发明专利]水下无线传感器网络中基于VOI的多AUV高效数据收集方法

摘要

本发明公开了一种水下无线传感器网络中基于VOI的多AUV高效数据收集方法，包括如下步骤：（1）高VOI数据包优先向簇头传输；（2）三维水下环境的移动Sink位置确定与空间区域划分；（3）AUV在子区域中的路径规划；（4）多AUV动态竞争处理紧急任务。本发明通过利用多AUV的空间分布特性以及资源分布的特点，可以有效解决水下无线传感器网络中的复杂数据收集任务，多AUV的数据收集方式具有较好的容错能力并提高系统鲁棒性，其高可靠和低延迟的优势是单AUV系统不具备的。三维的水下区域划分与AUV路径规划结合，采用多AUV动态竞争机制处理紧急事件，动态收集网络中的数据，均衡了网络能量消耗，延长了网络寿命。

主权项

1.一种水下无线传感器网络中基于VOI的多AUV高效数据收集方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)高VOI数据包优先向簇头传输水下无线传感器网络节点随机部署并成簇，簇内源节点感知到数据后，首先计算数据包的信息价值VOI，下一跳节点将自身存储数据包的VOI与接收数据包的VOI进行对比，优先转发VOI高的数据包；簇内VOI较高的数据包优先传输到簇头，等待AUV的收集；(2)三维水下环境的移动Sink位置确定与空间区域划分三维水下环境中，利用多AUV执行水下数据收集任务，要保持多AUV的能量和流量负载均衡，同时确保AUV将收集到数据及时发送给Sink；通过区域划分算法，首先确定移动Sink的垂直航行位置，再综合节点数量、节点密度以及节点深度的属性，将水下空间区域划分为多个子区域；每一个子区域由多个簇组成，并由同一个AUV负责数据收集任务；(3)AUV在子区域中的路径规划子区域划分完成后，每个AUV负责一个子区域的数据收集任务，在一定时间内完成子区域内多个簇的数据收集；将子区域中距离移动Sink垂直航行区域最近的簇设为AUV一次收集路径的终止访问簇，并随机选择初始访问簇；通过设置Q‑learning算法的动态奖励函数来控制AUV访问簇的数量和所需时间，对采样路径进行学习，动态确立一条回报最高的访问路径；(4)多AUV动态竞争处理紧急任务当某个子区域的簇头发生紧急任务时，该簇头通过簇间多跳的方式将数据紧急收集请求信息发送给移动Sink，移动Sink对AUV的当前状态进行评估，多AUV在与紧急任务距离、剩余能量和执行任务状态等方面进行竞争，竞争获胜的AUV获得紧急任务的处理权并立即暂停当前数据收集任务，切换为紧急任务处理状态并前往紧急任务地点，AUV处理完成后返回原子区域，继续完成剩余数据收集任务。