[发明专利]基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法

摘要

一种基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法。其包括网络初始化、数据传输和网络修复阶段等步骤。本发明中网络初始化阶段通过构建动态网络分层结构，将水下传感器网络中的水下普通传感器节点分出层次，从而形成递进梯度，使得在后续的数据传输阶段可使数据包依据水下普通传感器节点的层次关系向相应的水下自主航行器传输。在数据传输阶段，水下普通传感器节点根据候选节点的复合转发因子对候选节点的传输优先级进行排序，基于候选节点传输优先级的大小进行候选节点集的传输协调，从而避免数据包冲突，降低网络时延；在网络修复阶段，利用网络修复模型在初始动态网络分层结构发生变化时进行周期修复，以提高水下传感器网络的传输性能。

主权项

1.一种基于多水下自主航行器的水下传感器网络路由方法，其特征在于：所述的水下传感器网络路由方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤一、网络初始化阶段：步骤1.1：构建基于多水下自主航行器的水下传感器网络模型，以每一个水下自主航行器作为一个汇聚节点，设定分层距离阈值D，水下自主航行器将收集的信息以数据包形式广播给每个水下普通传感器节点，其广播的信息中包含水下自主航行器的发射功率；步骤1.2：每一个水下普通传感器节点接收到广播的信息后，根据信号的强度计算出其与水下自主航行器间，即收发节点间的传输距离x；然后将收发节点间的传输距离x与分层距离阈值D进行比较，若收发节点的传输距离x小于分层距离阈值D，则水下普通传感器节点将其自身定义为该水下自主航行器的第一层节点；步骤1.3：第一层节点再次泛洪发送消息来依次建立整个初始动态网络分层网络；步骤1.4：每个水下自主航行器重复步骤1.1‑1.3，得到以多个水下自主航行器为中心的初始动态网络分层结构；同时，每个水下普通传感器节点更新路由表和邻居表中的数据信息，然后进入数据传输阶段；步骤二、数据传输阶段：步骤2.1：在动态的三维水下传感器网络中，当水下普通传感器节点接收到一个数据包分组时，预期的接收节点将在邻居表中寻找具备转发条件的候选节点集，并基于候选节点的剩余能量和数据包传输率引入复合转发因子GF_i，通过复合转发因子GF_i对候选节点的传输优先级进行排序；步骤2.2：在数据传输时，传输优先级最高的候选节点首先对数据包进行转发，只有在传输优先级高的候选节点转发失败后，传输优先级低的候选节点才进行数据包的转发；当第个传输优先级的候选节点接收到数据包后，为其设置等待转发时间当等待转发时间结束后，就立即转发数据包；当传输优先级低的候选节点在等待转发时间内没有监听到传输优先级高的候选节点对数据包进行转发时，传输优先级低的候选节点将转发数据包；步骤2.3：水下普通传感器节点根据候选节点排序和候选节点协调策略选定好下一跳候选节点后发送数据包，此时该转发节点又变成新的源节点，继续寻找最优路径并选择最佳下一跳转发节点，直至在该候选节点的广播范围内找到水下自主航行器，并将数据包成功传输给水下自主航行器，即表示数据传输工作完成；否则，由于水下传感器网络结构的动态移动性，导致初始动态网络分层结构发生变化，因此需要执行步骤三以进行网络修复；步骤三、网络修复阶段：步骤3.1：设水下自主航行器在初始分层时刻t的第一层邻居节点集合为N_t，在时刻t′的第一层邻居节点集合为N_t′，则在时刻t′初始第一层节点的丢失比为ε：其中，临界值μ的取值与水下自主航行器的偏离距离、传输范围、网络节点分布有关，通常临界值μ取0.5；步骤3.2：当丢失比ε大于临界值μ时，水下自主航行器将发送网络修复信号以重新建立动态网络分层结构；步骤3.3：水下传感器网络修复完成之后，重复步骤一和步骤二，直到数据包被成功传输到水下自主航行器，即数据传输完成。