一种水下光传感器的路由方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，提供了一种水下光传感器的路由方法。通过求解相邻节点坐标系转换公式，并在数据转发的过程中进行坐标转换，实现了远距离节点的定位。然后采用向量转发机制，通过旋转节点的指向，进而控制请求转发方向，实现路由发现和维护。本发明专利技术提出了一种利用坐标系转换，实现数据转发过程中远距离节点间定位的方法，并在此基础上，提供了一种水下光传感器路由方法。由于整个路由过程是按需定向单播的，且路由路径是近似直线的。因此相比于其他水下的路由方法，可以实现较低的能耗和时延。能耗和时延。能耗和时延。

【技术实现步骤摘要】
一种水下光传感器的路由方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种水下光传感器的路由方法。

技术介绍

[0002]水下光通信技术具有能耗低、带宽高、速率快、时延低、造价低廉等优点，可以弥补水声和水下射频通信的不足。近年来水下光通信技术逐渐成为研究的热点问题之一。
[0003]目前大多数水下传感器路由技术的研究旨在解决水下全向路由问题，且需要目的节点的全局位置信息。水下的定位精度较低，为了获得全局位置信息，需要大量昂贵的水声设备实现声定位，成本较高。而本专利技术则设计了一种新的方法实现了局部坐标系下远距离节点的定位。降低了对水下全局位置信息的需要，减少了水下光通信系统的成本。并在此基础上，提供了一种适用于水下光传感器网络的路由方案。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种水下光传感器的路由方法，用于实现水下高速稳定低成本的通信。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种水下光传感器的路由方法，步骤如下：
[0007](1)基于坐标系转换的远距离节点定位：由于每一个节点都有一个自身的本地坐标系，且坐标系的坐标轴方向不一定同向，所以数据转发的过程中涉及到坐标系的转换问题。通过二维坐标系的旋转和平移变换，建立相邻节点坐标系转换模型，通过当前节点、上一跳节点，和他们的公共邻居解出相邻节点坐标系间的坐标转换公式。然后将请求中携带的发送节点位置信息转化为本地坐标系下的位置，并按照向量转发的方式继续转发。不断重复上述步骤，使得转发路径中所有节点都有到发送节点的位置信息；
[0008]所述相邻节点坐标系的转换模型如下所示：
[0009]P
′
＝A(α)B(a,b)P
[0010]其中P和P
′
是分别是两个坐标系的公共节点在两个坐标系下的齐次坐标，A(α)是两个坐标系的旋转矩阵，α是坐标系旋转的角度，可表示为：
[0011][0012]B(a,b)是两个坐标系的平移矩阵，(a,b)是坐标系的位移，可表示为：
[0013][0014](2)基于向量的请求转发：每个请求都有一个来自于发送节点的指向向量，和发送节点的位置，根据发送节点的位置和路由表中邻居的位置计算出发送节点到邻居的一个方
向向量，根据指向向量和上述求得的方向向量计算出向量夹角，并选择发送节点到当前节点的距离小于发送节点到邻居节点的距离且向量夹角最小的节点作为最终的下一跳节点；
[0015](3)按需旋转路由机制：每个节点都有一个自身的逻辑指向，该逻辑指向方向可用与本地坐标系x轴夹角β表示，当节点需要请求到目的节点的路由时，根据β分别计算四个方向请求的指向向量。然后按照上述向量请求转发方式分别发送并转发路由请求。经过预期传输时间t秒后，旋转节点使其逻辑指向加θ，并继续重发路由请求，直到收到路由回复后，根据路由回复计算目的节点相对于发送节点的位置向量，将节点的逻辑指向调整为目的节点所在的方向，并进入路由维护阶段，若某一时刻，路由失效，根据路由表中现存的目的节点的位置向量，调整节点逻辑指向为路由表中现有的目的节点所在方向角度减θ，并重复上述步骤；
[0016]所述四个方向请求的指向向量如下所示：
[0017]direction1＝(cos(β),sin(β))
[0018]direction2＝(sin(β),
‑
cos(β))
[0019]direction3＝(
‑
cos(β),
‑
sin(β))
[0020]direction4＝(
‑
sin(β),cos(β))
[0021]所述的预期传输时间t计算方法如下所示：
[0022][0023]其中，n表示部署节点的数量，t
d
是节点的预期处理时延；
[0024]所述的旋转角度θ计算方法如下所示：
[0025][0026]其中，d表示节点的通信范围，r是节点部署区域的半径；
[0027]本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种利用坐标系转换，实现数据转发过程中远距离节点间定位的方法，并在此基础上，提供了一种水下光传感器路由方法。由于整个路由过程是按需定向单播的，且路由路径是近似直线的。因此相比于其他水下的路由方法，可以实现较低的能耗和时延。
附图说明
[0028]图1为本专利技术所述水下光传感器的网络通信场景示意图；
[0029]图2为本专利技术路由算法的流程图。
[0030]图3为本专利技术实施例的路由算法示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例的局部坐标系转换示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例的向量转发和请求发送节点位置传递示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例的旋转路由示意图；
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施
例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]一种水下光学无线传感器的路由方法，应用于水下光传感器节点的通信。如图1所示，该网络由地面站、水面汇聚节点、定向的光传感器组成。水面上的汇聚节点是浮动的，负责接收从传感器收集的数据，并将这些信息传播给移动站或岸上站。每个节点都分布在深度相差不大的一层海面中并使用一个光收发器发送和转发一些特定传感器的传感数据。此外当潜水员深水作业时，也可通过手持水下光通信设备，照射水下的光传感器，实现远距离高速可靠的水下通信。由于光具有定向性，无法进行全向的洪泛，而且受海流影响，光传感器节点可能会发生移动。传感器节点需要不断的调整自身的指向来选择最佳的路径，以实现更好的通信服务(最大化网络的吞吐量和交付率)。同时还要考虑水下节点的能耗损失和时延。并尽可能减少数据转发和路由过程所造成的能耗损失。
[0036]图2为本专利技术实施例的发送节点路由过程的流程图。如图2所示，本专利技术实施例提供了这一种水下光传感器网络路由通信的方法，包括：
[0037]步骤101，节点定期闪烁，根据收到的光的方向、光强和时延确定邻居节点位于本地坐标系的位置；
[0038]步骤102，当节点请求的地址不在路由表中时，进行路由请求阶段，根据向量转发和坐标转换机制定期旋转节点逐跳发送路由请求；
[0039]步骤103，当某个收到路由请求的节点存在到目的节点的路由时，进入路由回复阶段，然后分别向发送节点和目的节点发送路由回复，并通过坐标系转换机制更新目的节点位置信息；
[0040]步骤104，当发送节点收到来自目的节点的回复时，一条到目的节点的路径就建立了，并进入路由维护阶段，通过目的节点的位置信息进行路由维护，以应对水下节点移动性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下光传感器的路由方法，其特征在于，步骤如下：(1)基于坐标系转换的远距离节点定位：由于每一个节点都有一个自身的本地坐标系，且坐标系的坐标轴方向不一定同向，所以数据转发的过程中需要坐标系的转换；通过二维坐标系的旋转和平移变换，建立相邻节点坐标系转换模型，通过当前节点、上一跳节点，和他们的公共邻居解出相邻节点坐标系间的坐标转换公式；然后将请求中携带的发送节点位置信息转化为本地坐标系下的位置，并按照向量转发的方式继续转发；不断重复上述步骤，使得转发路径中所有节点都有到目的节点的位置信息；所述相邻节点坐标系的转换模型如下所示：P
′
＝A(α)B(a，b)P其中，P和P
′
分别是两个坐标系的公共节点在两个坐标系下的齐次坐标，A(α)是两个坐标系的旋转矩阵，α是坐标系旋转的角度，表示为：B(a，b)是两个坐标系的平移矩阵，(a，b)是坐标系的位移，表示为：(2)基于向量的请求转发：每个请求都有一个来自于发送节点的指向向量和发送节点的位置，根据发送节点的位置和路由表中邻居的位置计算出发送节点到邻居的一个方向向量，根据指向向量和上述求得的方向向量计算出向量夹角，并选择发送节点到当前节点的距离小于发送节点到邻居节点的距离且向量夹角最小的节点作为最终的下一跳节点；(3)按需旋转路...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏宇，王雷，刘鑫阳，林驰，卢炳先，覃振权，朱明，罗钟铉，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：