本发明专利技术涉及一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法，其步骤包括：首先，分析网络中节点之间的通信链路是对称链路还是不对称链路，节点之间的通信链路为不对称链路时还需要根据节点周围邻居节点的信息构建反转路径，增加网络的连通度；其次，根据节点的邻居列表和已经构建完成的反转路径，构建合适的传输路径，下一跳转发节点优先选择所有对称链路中离Sink节点最近的邻居节点，若没有对称链路节点，则选择所有不对称链路中离Sink节点最近的邻居节点，此时由于反转路径的使用，时延增加，等待时间需要增加；最后对构建的传输路径的优化和更新，主要包括无效节点和环路的去除，以及周期更新传输路径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法，属于水声传感器网络通信支持
技术介绍
在海洋环境的数据传输中，要求降低网络能量损耗和数据等待时延，从而可以提高数据传输的可靠性，同时，能够延长网络寿命。另外，由于水下环境恶劣和多变，节点与节点之间的通信链路常发出变化和失效，路由机制需要具备一定的鲁棒性。因此，针对海洋环境的路由算法设计研究引起了人们的重视。近年来，人们提出了多种基于不同应用目标的水声传感器网络路由协议，并根据不同的应用对路由协议进行分类研究和比较，但是，大部分协议很少考虑海洋环境中节点之间不对称链路，而提出的路由协议不符合实际海洋环境。在当前研究的水声传感器网络中保证可靠路由主要有两种：基于对称链路的路由协议、基于不对称链路的路由协议。基于对称链路的路由协议在构建路由协议时假设节点之间的通信链路完全对称，并在此基础上构建路由。基于不对称链路的路由协议在构建路由协议时考虑节点之间的通信链路存在不对称性，构建路由协议需要根据实际环境，并针对节点之间的不对称链路采取一定的方法增加网络的联通度。为了优化水声传感器网络数据传输能量,国内外研究者提出了多种路由机制，相关文献如下：1、2008年，Hai等人在《Depth-Based Routing protocol》提出基于深度的路由协议，该协议中下一跳转发节点选择依据是节点与一跳邻居节点的深度差，源节点将数据包传输给邻居节点，邻居节点与节点的深度差越大，邻居节点等待越短的时间就将数据包转发出去，即该邻居节点能越早成为下一跳转发节点，通常，节点都是选择深度比自己浅的邻居节为下一跳转发节点。2、2010年，Hu等人在《energy-efficient and lifetime-aware routing protocol》提出一种将数据包传输过程与数学模型相结合的路由协议。该协议中各个节点之间信息传输过程用数学中的链路状态转换图表示，其中状态指当前节点存储的数据包状态，转换条件指数据包转发，转发概率指不同节点转发信息的可靠性，并应用Q-learning技术计算出状态转换Q的最优值。具体实现过程：节点需要传送数据包时，它根据路由列表找出邻居节点中Q值最大的节点并将该节点作为下一跳的转发节点，其他非转发节点的邻居节点接收到需要传输的数据包就直接丢弃。但是，由于水下环境不稳定，下一跳转发节点选择依据Q值也不断变化且很不稳定，同时，由于需要全网计算节点的Q值，针对大规模网络这样的统计计算会损耗大量能量。3、2012年，Ayaz等人在《Hop-by-Hop Dynamic Addressing Based routing protocol》提出网络中部署多个Sink节点的网络均衡能量损耗的路由协议。该协议应用节点到目标节点的跳数值作为动态位置信息来应对水下传感器节点的位置信息不断变化，另外，使用海底描定courier节点收集海底周围的感知信息，并且最后能将数据包直接传送给水面Sink节点。传感器节点先收集自身到Sink节点的跳数值，然后在构建路由时根据自身离某个sink节点的跳数值最小的节点作为下一跳转发节点，如此构建一条路径传送数据包给Sink节点。当传感器节点靠近courier节点(跳数值跳不大于3)时，节点直接将数据包传送给courier节点，并由其转发给Sink节点。4、2013年，Chen等人在《Mobicast Routing Protocol》提出应对海洋速度变化和网络产生漏洞的路由协议，另外，该协议解决了受洋流影响节点不断移动后，AUV传输通知信息的时延。网络中使用AUV收集感知信息，AUV沿固定路线循环，并且周期广播信息通知周围节点传送信息。当节点受洋流影响不断移动时，AUV收集区域相应的调整，节点向远方向流动则收集区域扩大，反之，则缩小。为了减少AUV收集信息时等待时间，AUV都会提前通知周围邻居节点，让周围邻居节点提前设置收集区域。另外，由于洋流的影响，网络的部分区域可能会有漏洞产生，为了有效绕过漏洞，该协议首先将AUV整个感知区域分片，哪一个片内节点偏移速度大，产生漏洞，则该片就扩大感知区域，使更多的节点参与数据转发。5.、2013年，Zhang等人在《Link-state based Adaptive Feedback Routing》提出基本不对称链路的路由协议。该协议考虑了节点波束宽度和水声传感器网络中三维方向的影响对节点之间通信链路的影响，并针对有不对称链路使用平滑路由反馈。该协议主要分为两个部分：路由发现和路径维护。路由发现主要有三步，即链路检测、路径请求、路径反馈。网络中节点通过链路检测机制获得链路状态信息；然后每个节点构建自己的路由表，信息传送通过节点建立的路由表；路径反馈依据链路之间的状况自适应构建反馈传输路径，当前链路是对称的，则直接传送信息，若链路是不对称的，则选择合适的转发节点传送信息。路径维护主要有两步，即路由表更新机制和路由更新。路由表更新机制采用预测动态路由方法，这能有效避免由于频繁更新路由带来的能量损耗，然后根据最新的路由表更新路由。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：在随机部署的水声传感器网络中，对节点之间通信链路进行分析，根据节点之间链路特性选取下一跳节点，并对传输路径进行优化和更新。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法：包括以下步骤：步骤一：邻居列表构建。水声传感器网络中节点之间通信链路受洋流和节点感知波束的影响，节点的通信链路存在不对称性，并根据节点之间通信链路为对称链路或不对称链路构建邻居列表。步骤二：反转路径构建。节点之间的通信链路不对称会影响网络的连通度，降低传输路径的可靠性，于是，针对不对称链路构建反转路径，源节点通过广播控制包构建可靠的发展路径。步骤三：选择合适的下一跳转发节点构建传输路径。源节点根据邻居列表信息选择合适的下一跳转发节点，优先选择节点的邻居列表存储的邻居节点为对称链路，节点与邻居节点之间没有对称链路时再选择不对称链路。步骤四：传输路径的优化和更新。构建传输路径后，路径中可能存在环或无效节点，需要去除这些情况。同时，水下环境不断变化，需要周期更新传输路径。上述步骤一中，邻居列表构建方法如下：源节点广播控制包，周围节点收到控制包后及时回复确认信息，源节点根据收到确认信息确认邻居节点信息。源节点能收到邻居节点的确认信息，邻居节点能收到源节点的信息，则节点与邻居节点之间的通信链路是对称的；否则，节点没有收到邻居节点的确认信息，但邻居节点收到节点的控制包，节点与邻居节点之间的通信链路是不对称的。根据上面的分析，源节点分别将邻居节点的信息存储在对称链路列表和不对称链路列表内。上述步骤二中，反转路径构建方法如下：节点与邻居节点存在不对称链路，需要构建一条从邻居节点到节点的传输路径。邻居节点广播控制包后，该控制包包括数据包类型、源节点ID(邻居节点)、目的节点ID(节点)、转发节点和最大跳数Hop，收到该控制包的节点查看自身的邻居列表是否有目的节点ID，如果有则将该节点作为中间转发节点，将该节点ID写入新的控制包后直接传输给目的节点；否则，选择离源节点最近的邻居节点作为中间节点，依据此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：邻居列表构建水声传感器网络中节点之间通信链路受洋流和节点感知波束的影响，节点的通信链路存在不对称性，并根据节点之间通信链路为对称链路或不对称链路构建邻居列表；步骤二：反转路径构建针对节点之间的通信链路不对称构建反转路径，源节点通过广播控制包构建可靠的发展路径；步骤三：选择合适的下一跳转发节点构建传输路径源节点根据邻居列表信息选择合适的下一跳转发节点，优先选择节点的邻居列表存储的邻居节点为对称链路，节点与邻居节点之间没有对称链路时再选择不对称链路；步骤四：传输路径的优化和更新构建传输路径后，去除路径中可能存在的环路或无效节点的情况，同时，根据水下环境不断变化，周期更新传输路径。
【技术特征摘要】
1.一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：邻居列表构建水声传感器网络中节点之间通信链路受洋流和节点感知波束的影响，节点的通信链路存在不对称性，并根据节点之间通信链路为对称链路或不对称链路构建邻居列表；步骤二：反转路径构建针对节点之间的通信链路不对称构建反转路径，源节点通过广播控制包构建可靠的发展路径；步骤三：选择合适的下一跳转发节点构建传输路径源节点根据邻居列表信息选择合适的下一跳转发节点，优先选择节点的邻居列表存储的邻居节点为对称链路，节点与邻居节点之间没有对称链路时再选择不对称链路；步骤四：传输路径的优化和更新构建传输路径后，去除路径中可能存在的环路或无效节点的情况，同时，根据水下环境不断变化，周期更新传输路径。2.根据权利要求1所述的一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法，其特征在于：所述步骤一中，邻居列表构建方法如下：源节点广播控制包，周围节点收到控制包后及时回复确认信息，源节点根据收到确认信息确认邻居节点信息；源节点能收到邻居节点的确认信息，邻居节点能收到源节点的信息，则节点与邻居节点之间的通信链路是对称的；否则，节点没有收到邻居节点的确认信息，但邻居节点收到节点的控制包，节点与邻居节点之间的通信链路是不对称的；源节点分别将邻居节点的信息存储在对称链路列表和不对称链路列表内。3.根据权利要求1所述的一种基于不对称链路的水声传感器网络路由协议构建方法，其特征在于：所述步骤二中，反转路径构建方法如下：节点与邻居节点存在不对称链路，构建一条从邻居节点到节点的传输路径，邻居节点广播控制包后，该控制包包括数据包类型、源节点ID、目的节点ID、转发节点和最大跳数Hop，收到该控制包的节...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩光洁，鲍娜，王皓，刘立，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。