一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法技术

本发明专利技术提供一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法，包括：通过采用基于“契约”的模型，每个AUV能自觉地选择专门为之设计的最优契约条款以获得最多的净能量增益，并且浮标节点也可以通过契约设计的原则以便于实现等效后的最大净能量增益。在基于“契约”的策略中，所述AUV既不需要彼此通信以讨论可行策略，也不需要接受来自某个集中控制中心的持续控制命令，因此避免了因水下声学信道带来的高丢包、高延迟等问题。此外，由于契约的原则约束，各个所述AUV为了在任务分配中获得最多的净能量增益，必将诚实地向所述浮标节点提供真实而全面的信息，也解决了所述AUV对其动态信息进行选择性隐瞒或伪造的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法
本专利技术涉及信息收集方法领域，尤其涉及一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法。
技术介绍
陆上智慧网络体系的研究如火如荼且已经相对成熟，但是，对于表面积占比较陆地大得多的海洋的研究却相比甚少。事实上，随着近年来水下应用逐渐步入人们视野，探索和开发水下资源引起了来自军方和民用领域通信、机器学习、信号处理等不同领域的研究人员的兴趣，尽管过去数百年来对陆上相关课题的持续和蓬勃发展的研究已经从不同的角度给人们的生活带来了令人难以置信的变化，但人们仍然对广阔的水下领域不甚了解。那么，为了更好地探索水下的奥秘，水下传感器网络这一当今较为公认的水下网络体系作为扭转上述情况的可行方案而被提出。利用能够进行数据收集和数据包转发的传感器节点，所述水下传感器网络可以为海洋学数据收集、污染监测、海上勘探、灾难预防，辅助导航以及战术监视应用提供较为充足的应用空间。正如上述所述，无线传感器网络在水下领域的应用为监测河流和海洋环境带来了巨大的研究前景。但是，由于水下区域面积辽阔，寻找固定的密集的传感器网络覆盖几乎是不可能的。即，水下网络的特点是高移动性以及空间稀疏性。为了解决所述这些问题，水下无人潜航器现在被用于各种任务，例如：海洋环境中的海洋调查、排雷以及测深数据收集。本专利技术考虑采用浮标节点-AUV的能量供给-数据采集模型，在该模型中，考虑到民用情形的情况下，不同的AUV以及浮标节点均来自于不同的公司。所述浮标节点需要向AUV发布数据采集任务并给所述AUV提供能量作为数据的交换。所述AUV通过完成所述浮标节点指派的任务获取能量供应。但浮标节点获得的是数据，而它提供给AUV的是能量，两者具有不同的量纲。因此为了更好地衡量浮标节点的收支，本专利技术给出了浮标节点对数据的能量等效的定义，将获得的数据量并综合数据被采集的地点的因素等效成所述浮标节点的能量来获取。针对上述所述模型的任务分配问题，本专利技术提出基于契约的非对称信息条件下的水下数据采集策略。契约是克服信息不对称的有力工具。通过采用契约的模型，每个所述AUV能自觉地选择专门为之设计的最优契约条款以获得最多的净能量增益，并且所述浮标节点也能通过契约设计的原则以来实现等效后的最大净能量增益。在基于契约的策略中，所述AUV既不需要彼此通信以“讨论”可行策略，也不需要接受来自某个集中控制中心的持续控制命令，因此可以有效地避免由水下声学信道带来的高丢包、高延迟等问题。此外，由于契约的原则约束，各个所述AUV为了在任务分配中获得最多的净能量增益，必将“诚实”地向浮标节点提供真实而全面的信息，因此也解决了所述AUV对其动态信息进行选择性隐瞒或伪造的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法，包括：根据水下情景，由于复杂的水下条件和相对苛刻的信道衰落，即便使用当前最广泛的水声通信，但中心浮标的可行通信距离仍然是有限的。因此可以将可行的通信距离假设为δ(其单位为km)。因此，给定第i个目标站点的坐标第i个目标站点与中心浮标节点之间的距离应满足通信距离约束，即由于有N个所述目标站点，因此浮标会将相应的N个AUV对应地分配给所述目标站点来进行数据收集任务。设q是所述浮标从所述AUV获得的数据量；是相应的目标站点相对于浮标节点的位置。浮标与从AUV处获得的数据的交换，所述浮标给予所述AUV的能量供给为p，同时也是所述AUV完成数据采集任务后从所述浮标处获得的能量供给。进一步地，所述浮标节点从AUV获取的数据量q以及数据采集地点离所述浮标节点的距离定义浮标节点对数据的能量等效，即浮标节点获得的数据量并综合该数据采集地点离浮标节点的距离因素而等效的能量，给出如下函数V，进一步地，所述浮标节点所能接受的数据容量是有限制的，因此还需要考虑另一个约束：所述浮标节点的最大数据容量Q，即分配给每个所述AUV的任务(收集多少数据量)，所有所述AUV收集的数据量的总和不应超过其容量Q，即，第i(i∈Na)个所述AUV被分配的采集数据量qi以及所述浮标节点的最大数据容量Q之间的关系为进一步地，每个所述AUV的最大数据容量qmax，将第i个AUV的最大数据容量记为qi,max，其满足的约束为qi≤qi,max,所述浮标节点对从第i个所述AUV获得的数据进行能量等效Vi以及其供给第i个所述AUV的能量供应pi，所述浮标节点所能获得的净能量增益π，可以通过其所有AUV处获得的数据的能量等效计算得出，即进一步地，所述浮标节点可以从AUV处获得数据也需要给所述AUV提供能量供给。但由于所述浮标节点获得的是数据，而所述浮标节点提供给所述AUV的是能量，数据量的量纲通常为bit(比特)，而能量的量纲通常为J(焦耳)，两者具有不同的量纲。因此为了更好地衡量所述浮标节点的收支，将所述浮标节点获得的数据量并综合数据被采集的地点等因素等效成所述浮标节点能量的获取。进一步地，所述浮标节点能获得最大的净能量增益，还需考虑一个分配策略的任务，第i个所述AUV在处站点收集qi*数据量的数据且完成任务后，所述浮标节点提供给所述AUV的能量为pi，以便于最大化净能量增益。与现有技术相比本专利技术的技术效果在于：本专利技术通过采用基于契约的模型，每个AUV能自觉地选择专门为之设计的最优契约条款以获得最多的净能量增益且浮标节点也可通过契约设计的原则来实现等效后的最大净能量增益。其次，在基于契约的策略中，AUV既不需要彼此通信以“讨论”可行策略，也不需要接受来自某个集中控制中心的持续控制命令，有效地避免了由水下声学信道带来的高丢包、高延迟等问题。同时，由于契约的原则约束，各个AUV为了在任务分配中获得最多的净能量增益，必将诚实地向浮标节点提供真实而全面的信息，也解决了AUV对其动态信息进行选择性隐瞒或伪造的问题。其次，利用了本专利技术的方法能克服信息不对称的特点，利用该信息值对数据进行量化，也兼顾时间因素和数据量的特点。附图说明为了使本专利技术的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本专利技术。可以理解这些附图只描绘了本专利技术的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本专利技术。图1为水下无线传感网结构示意图；图2为本专利技术水下传感网信息收集结构示意图。具体实施方式下面描述专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释专利技术的技术原理，并非在限制专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法，包括：根据水下情景，由于复杂的水下条件和相对苛刻的信道衰落，即便使用当前最广泛的水声通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法，其特征在于，包括：/n中心浮标，N个目标站点；/n所述中心浮标将AUV对应的分配到所述N个目标站点进行数据收集任务，所述AUV完成数据收集任务后从所述浮标获得能量供给。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于契约的水下声学传感网信息收集方法，其特征在于，包括：
中心浮标，N个目标站点；
所述中心浮标将AUV对应的分配到所述N个目标站点进行数据收集任务，所述AUV完成数据收集任务后从所述浮标获得能量供给。


2.根据权利要求1所述的基于契约的水下声学传感网信息收集方法，其特征在于，所述AUV被分配的采集数据量，即qi；所述浮标的最大数据容量，即Q；两者之间的关系定义为：


3.根据权利要求1所述的基于契约的水下声学传感网信息收集方法，其特征在于，所述浮标从所述AUV获取的数据量，即q；数据的采集地点离所述浮标的距离，即两...

【专利技术属性】
技术研发人员：任勇，夏照越，王景璟，杜军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11