一种基于最短跳距的水下节点分层方法技术

本发明专利技术涉及一种基于最短跳距的水下节点分层方法，包括S1、当节点收到层级比其自身层级小的节点发送的控制报文，判断自身层级是否为初始值0xFF，并根据其结果关系执行S2步骤；S2、判断当前发送节点的层级与当前接收节点的层级的关系，并根据其大小关系执行S2步骤；S3、判断当前发送节点到当前接收节点距离与当前发送节点到上一次更新层级的发送节点距离的关系并根据其大小关系执行S4步骤；S4、当前发送节点根据最短跳距的传输方式将数据传输到上一次更新层级的发送节点；S5、每次收到控制报文，重复步骤S1‑S4。本发明专利技术的优点在于：通过计算节点间的传输距离实现两跳传输，降低了数据传输的能耗，有效节省了能量且对交付率和平均延时的影响很小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最短跳距的水下节点分层方法
本专利技术涉及水声传感网络
，尤其涉及一种基于最短跳距的水下节点分层方法。
技术介绍
水声网络(UnderwaterAcousticNetworks，UANs)作为人类认识、探索、开发和利用海洋资源的重要手段，成为越来越多的科研工作者研究的热点。在科研方面，UANs在海洋资源勘探、海洋科学研究、海洋灾难探测、环境污染监测等方面有着广泛的应用前景；在军事方面，未来的作战中，海陆空一体化信息网络将发挥重大作用，海洋战场占据重要地位。UANs具有目标追踪、导航定位、信息传输等功能，UANs的研究、发展与应用协同陆空作战实时通信，可以有效提升作战效率；在经济与社会方面，海洋因其鱼和贝类能够为人类提供滋味鲜美、营养丰富的蛋白食物，而被称为未来的“粮仓”，而我国的海洋面积占国土面积的31.22％，因此，研究UANs对资源勘探和能源开发有重要的使用价值。目前水声网络(UnderwaterAcousticNetworks，UANs)中提出的部分路由协议(如：DBR、VBF等)在建立路由的过程中易形成“空旷区域”，导致数据不能成功送达至上一次更新层级的发送节点，降低了网络的包交付率；数据重传和长距离传输会带来额外的能耗，增加网络开销，降低网络效率。如图1所示，以DBR协议为例，根据DBR协议源节点将数据发送出去后，转发节点F和节点N1将会收到数据包，但是N1的深度大于源节点S，不能作为转发节点；只有节点F深度小于源节点S可以转发数据，但是节点F的传输范围内没有比节点F深度小的节点，所以本次数据将无法传输到sink节点，就形成了“空旷区域”的问题，进而影响整个网络的数据传输通信。为解决“空旷区域”的问题，目前多采用节点分层算法，每个传感器节点根据收到的hello消息和分层算法获得自身的层级，越靠近sink的节点其层级越小，数据传输时，数据由层级大的节点传输至层级小的节点，最终传输至sink节点。现有的节点分层方案主要有基于超级节点广播传输功率探测包的分层方法、基于sink节点与普通节点距离的分层方法和基于最小跳数的分层方法。然而基于超级节点广播传输功率探测包的分层方法、基于sink节点与普通节点距离的分层方法中均需要频繁的更改传感器节点的发送功率，在真实环境中测试时更改发送功率是一项比较繁琐的工作，且过大的发送功率也会带来较大的能量消耗，增加整体网络的开销；在基于最小跳数的分层方法中，易形成单跳之间的长距离传输，导致能耗增加。因此，如何设计出合适的水下节点分层方案以解决上述问题，是现阶段急需考虑的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于最短跳距的水下节点分层方法，解决了目前采用的节点分层算法存在的不足。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于最短跳距的水下节点分层方法，它包括以下内容：S1、当前节点收到控制报文，判断自身层级与当前发送节点的层级的大小关系，如果自身层级小于当前发送节点的层级，则自身层级保持不变；S2、判断当前节点的层级是否为初始值0xFF，如果是，则将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；S3、计算当前发送节点到当前节点的距离和上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离；S4、判断当前发送节点到当前节点的距离与上一次更新层级的发送节点到当前节点距离的关系，如果当前发送节点到当前节点的距离大于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则当前节点层级保持不变；S5、将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；S6、节点每次收到控制报文后，重复步骤S1-S5完成自身的层级更新。进一步地，步骤S1中如果自身层级小于当前发送节点的层级，则自身层级保持不变，否则进行如下步骤：判断当前节点的层级是否为初始值0xFF，如果是，则将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；层级更新完毕，否则计算当前发送节点到当前节点的距离和上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离；判断当前发送节点到当前节点的距离与上一次更新层级的发送节点到当前节点距离的关系，如果当前发送节点到当前节点的距离大于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则当前节点层级保持不变；否则，将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级，层级更新完毕；任意节点收到控制报文后重复步骤S1-S5。进一步地，当前发送节点到当前节点的距离小于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级。进一步地，所述当前发送节点根据最短跳距的传输方式将数据传输到上一次更新层级的发送节点包括：当前发送节点将数据传输给层级比自身小且与自身距离最近的当前转发节点，实现一跳传输；当前转发节点再将数据传输至下一跳转发节点或目标节点，实现两跳传输。进一步地，所述方法还包括对网络中的所有节点进行节点层级配置的步骤，所述节点层级配置的步骤设置于所述步骤S1之前。进一步地，所述节点层级配置步骤包括：网络初始化后，目标节点广播控制报文到传输半径内的第一层级节点；第一层级节点收到控制报文后提取控制报文头部的目标节点的层级数，将自身的层级更新为目标节点层级数加1，并将控制报文转发到下一层级节点；下一层节点提取控制报文头部的层级，与自身的层级进行比较，若自身层级小于控制报文头部的层级，则自身层级保持不变；否则判断自身层级是否为0xFF，若是，则将层级更新为报文头部的层级加1，否则，计算当前发送节点到当前节点的距离和上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离；判断当前发送节点到当前节点的距离与上一次更新层级的发送节点到当前节点距离的关系，如果当前发送节点到当前节点的距离大于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则当前节点层级保持不变；否则，将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级，层级更新完毕；重复第三步骤的内容，直到所有节点的层级都配置更新完毕。本专利技术的有益效果为：一种基于最短跳距的水下节点分层方法，通过计算节点间的传输距离实现两跳传输，降低了数据传输的能耗，有效节省了能量且对交付率和平均延时的影响很小。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图；图2为基于最短跳距的分层局部拓扑图；图3为θ＝0°，d＝10时，d1与相对能耗的关系图；图4为θ＝0°，d、d1与相对能耗的关系图；图5为θ＝30°，d、d1与相对能耗的关系图；图6为θ＝45°，d、d1与相对能耗的关系图；图7为θ＝60°，d、d1与相对能耗的关系图；图8为θ＝90°，d、d1与相对能耗的关系图；图9为节点个数与交付率对比图；图10为节点个数与交付率对比图；图11为节点个数与延时对比图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最短跳距的水下节点分层方法，其特征在于：它包括以下内容：/nS1、当前节点收到控制报文，判断自身层级与当前发送节点的层级的大小关系，如果自身层级小于当前发送节点的层级，则自身层级保持不变；/nS2、判断当前节点的层级是否为初始值0xFF，如果是，则将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；/nS3、计算当前发送节点到当前节点的距离和上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离；/nS4、判断当前发送节点到当前节点的距离与上一次更新层级的发送节点到当前节点距离的关系，如果当前发送节点到当前节点的距离大于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则当前节点层级保持不变；/nS5、将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；/nS6、节点每次收到控制报文后，重复步骤S1-S5完成自身的层级更新。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于最短跳距的水下节点分层方法，其特征在于：它包括以下内容：
S1、当前节点收到控制报文，判断自身层级与当前发送节点的层级的大小关系，如果自身层级小于当前发送节点的层级，则自身层级保持不变；
S2、判断当前节点的层级是否为初始值0xFF，如果是，则将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；
S3、计算当前发送节点到当前节点的距离和上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离；
S4、判断当前发送节点到当前节点的距离与上一次更新层级的发送节点到当前节点距离的关系，如果当前发送节点到当前节点的距离大于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则当前节点层级保持不变；
S5、将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；
S6、节点每次收到控制报文后，重复步骤S1-S5完成自身的层级更新。


2.根据权利要求1所述的一种基于最短跳距的水下节点分层方法，其特征在于：步骤S1中如果自身层级小于当前发送节点的层级，则自身层级保持不变，否则进行如下步骤：
判断当前节点的层级是否为初始值0xFF，如果是，则将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级；层级更新完毕，否则计算当前发送节点到当前节点的距离和上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离；判断当前发送节点到当前节点的距离与上一次更新层级的发送节点到当前节点距离的关系，如果当前发送节点到当前节点的距离大于上一次更新层级的发送节点到当前节点的距离，则当前节点层级保持不变；否则，将当前发送节点的层级加1后作为自身的层级，层级更新完毕；任意节点收到控制报文后重复步骤S1-S5。


3.根据权利要求1所述的一种基于最短跳距的水下节点分层方法，其特征在于：当前发送节点到当前节点的距离小于上一次更新层级的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜秀娟，韩多亮，
申请(专利权)人：青海师范大学，
类型：发明
国别省市：青海;63