一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法技术

本发明专利技术公开一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法，步骤为：候选集与最优中继节点选择：基于深度和可持续性确定具有资格转发数据的候选中继集，利用多度量决策理论评估节点质量，进而分布式动态确定各个节点的最优中继点；动态更新：联合路径、节点度和剩余能量等因素实时更新路由信息，以此估计移动稀疏水声传感器网络投递的不确定性；数据转发：最高优先级节点转发数据，其余节点监听并等待，并在时间到期时决定是否转发的策略，直到数据包到达海面接收点；解决了水声传感器网络中由于节点部署稀疏和随机移动引起的通信空洞、低投递率和部分节点因过度使用造成的热点等诸多问题，提高了数据包投递率、链路持续性和能量负载均衡。

An implementation of adaptive routing protocol for mobile sparse underwater acoustic sensor networks

【技术实现步骤摘要】
一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法
本专利技术涉及水声传感器网络、水声路由协议
，尤其是一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法。
技术介绍
海洋是富饶而未充分开发的自然资源宝库，海洋资源的进一步发现、开发和利用，对我国发展海洋经济、建设海洋强国具有重要的战略意义。目前通过卫星、舰船和潜艇等技术无法长时间、近距离、无缝隙和实时地完成海洋资源勘测、海洋环境监测和海域安全保障等重要任务。这些因素使得研制低成本和高可靠性的水下无线传感器网络逐渐成为一个新的研究课题。水下无线传感器网络主要以声波为无线传输的物理载体，通过散布在广阔水域的各类动态传感器节点收集信息，集数据获取、传输、处理和融合等功能为一体，是分布式智能化的网络系统，广泛运用于海洋生物学、海洋勘探、深海考古学和军事战略监测等领域。水声传感器网络在应用时，由于长期工作在水下，传感器节点必须具备高抗压、防渗漏和防腐蚀能力，且节点的制造成本偏高，因此，在节点数量有限的情况下，为了监视尽可能大的区域，水声传感器网络往往具有稀疏拓扑的特点。同时，水流、重力、浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)候选集与最优中继点选择：网络进行初始化，每个水下传感器节点向周围邻居节点广播通信包(communication packet，CP)，收到CP的水下传感器节点根据深度值和可持续度建立本地中继候选集；然后基于多度量决策理论评估中继候选集中候选节点的质量，再根据质量分配候选节点发送数据包的优先级和建立有序列表，最后确定最优中继点；/n2)动态更新：由于水下传感器节点受到水流、重力、浮力、阻力和其他环境因素作用而具备移动性，导致网络拓扑动态变化，通过CP的发送与接收对最优中继点进行周期性更新，联合稳定性、可持续...

【技术特征摘要】
1.一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)候选集与最优中继点选择：网络进行初始化，每个水下传感器节点向周围邻居节点广播通信包(communicationpacket，CP)，收到CP的水下传感器节点根据深度值和可持续度建立本地中继候选集；然后基于多度量决策理论评估中继候选集中候选节点的质量，再根据质量分配候选节点发送数据包的优先级和建立有序列表，最后确定最优中继点；
2)动态更新：由于水下传感器节点受到水流、重力、浮力、阻力和其他环境因素作用而具备移动性，导致网络拓扑动态变化，通过CP的发送与接收对最优中继点进行周期性更新，联合稳定性、可持续度和剩余能量评估候选节点质量的因素的变化实时更新路由信息，重新分配候选节点优先权值和更新最优中继点；
3)数据转发：水下传感器节点收到上层或上一跳发送来的数据包后，将步骤2)更新的最优中继点的ID插入数据包并广播至候选集中所有节点，ID在每一跳选择最优中继点时将更新替换，ID号不匹配的节点等待并监听，并在时间到期时决定是否转发数据包，重复步骤1)-步骤3)，直到数据包到达海面接收节点。
所述的候选集与最优中继点选择、动态更新和数据转发，交叉共存运行。


2.根据权利要求1所述的一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法，其特征在于，步骤1)中，所述的候选集与最优中继点选择，具体包括如下步骤：
1-1)CP的设计：中继点的选择对网络中数据传输的效率起着决定性的作用，源节点依赖于其邻居的信息来确定合适的中继点，水下传感器节点定期向周围邻居节点广播CP，CP的结构包括：<邻节点ID，深度值，可持续度，剩余能量，时间戳，生存周期>，接收到CP的水下传感器节点获取包结构中的信息建立中继候选集、评估节点质量和确定最优中继点，CP结构中各字段功能如下：
邻节点ID：用于标识每个传感器节点；
深度值Ple(Sj)：是所有的水下传感器节点通过自身携带的压力传感器实时获取和更新自己的深度，用于选择更靠近目的节点的候选集；
可持续度：表示每个水下传感器节点继续转发数据包的能力，其基于节点度计算链路可持续性，水下传感器节点Sj的可持续度Con(Sj)计算公式如下：



上述公式(1)中，表示节点Sj的节点度，即中继候选节点数，表示节点Sj的邻居总数；
剩余能量：表示发送CP的节点当前剩余能量，用于计算邻节点转发数据包的能量成本，水下传感器节点Si收到水下传感器节点Sj发送来的CP，首先读取Sj的剩余能量，然后计算Sj转发数据包的能量成本，Sj转发数据包的能量成本计算公式如下：




表示节点Sj的剩余能量；表示初始能量；
时间戳：假设网络中节点时钟同步，时间戳用于估计水下传感器节点Si和Sj间的距离，其估计距离值表达式为：



其中，v为水下声速，v＝1500m/s，为Si节点收到CP当前时钟，为CP包中的时间戳，节点Si计算并保存当前时刻的估计距离值，用于在质量评估阶段计算稳定性因子；
生存周期(TTL)：表示分组能够生存的最大路数，设置为1；
1-2)CP的接收处理：网络中任一水下传感器节点Si收到步骤1-1)设计的CP后，对收到的CP进行如下接收处理操作：
1-2-1)水下传感器节点Si收到邻节点Sj发送来的CP(Sj)，首先判断水下传感器节点Sj是否属于候选集；
1-2-2)若水下传感器节点Sj属于候选集，则判断一个CP周期后，Sj新的深度值Plenew(Sj)和新的可持续度是否满足若Sj新的深度值比Si小且可持续度大于0，则Si接收当前到达的CP(Sj)，否则，则丢弃CP(Sj)，并将节点Sj从候选集中删除；
1-2-3)若水下传感器节点Sj不属于候选集，判断Ple(Sj)<Ple(Si)&Con(Sj)>0，若满足此条件则接收当前到达的CP(Sj)，并将节点Sj插入候选集中，若不满足则直接丢弃CP(Sj)；
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓小芳，石柳月，张金顺，郑霖，仇洪冰，郭秉义，罗丽燕，袁煜，柴华新，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45