[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式路由協(xié)議方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210052390.8
• 申請(qǐng)日: 2012-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102625404A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李霞;方世良;張瑩瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W40/04
• 分類(lèi)號(hào): H04W40/04;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18;H04B13/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議，尤其涉及一種應(yīng)用于三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式路由協(xié)議方法，屬于水聲信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)端到端延遲、吞吐量及能量消耗是體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的基本技術(shù)指標(biāo)，傳統(tǒng)路由協(xié)議多采用最短路徑算法，即在兩節(jié)點(diǎn)間尋找一條距離最短的路徑作為最優(yōu)路徑，如Dijkstra算法、A*(A-star)算法、D*(D-star)算法、Bellman-Ford算法等，此類(lèi)算法大都只以節(jié)點(diǎn)間的距離為代價(jià)限制條件，并未考慮其它方面的一些限制因素，因此，只采用某幾條最短的路徑發(fā)送信息，網(wǎng)絡(luò)中很容易發(fā)生碰撞而導(dǎo)致信息包丟失，而信息包的重傳又會(huì)使能耗增多，能量的不均衡使用，會(huì)使某些節(jié)點(diǎn)過(guò)早耗盡能量，導(dǎo)致鏈路失效，降低網(wǎng)絡(luò)的端到端延遲、吞吐量及能量消耗性能，縮短網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，提出一種應(yīng)用于三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式路由協(xié)議方法，該方法根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置、信道利用率及能量等因素計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并推導(dǎo)了轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)的計(jì)算方法，可有效提高網(wǎng)絡(luò)的能量利用率、信道利用率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。

本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種應(yīng)用于三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式路由協(xié)議方法，其特征在于：本方法假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道自己的地理位置，并且信道是雙向?qū)ΨQ的，當(dāng)需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，在已有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置、信道利用率及能量等因素計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如果此轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)是目的節(jié)點(diǎn)，則將數(shù)據(jù)直接發(fā)送給該目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程結(jié)束；如果此轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)不是目的節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給該轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，此轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，繼續(xù)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置、信道利用率及能量等因素計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)選擇自己的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，直到將數(shù)據(jù)最終發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程結(jié)束。

具體可按以下步驟進(jìn)行：

1)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化，采用三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)點(diǎn)布放算法建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，主要有以下四個(gè)階段：

a)分簇

在這個(gè)階段，節(jié)點(diǎn)初始時(shí)被隨機(jī)布放在海底，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的分組標(biāo)識(shí)(ID)進(jìn)行分簇。基本思想是鄰近區(qū)域內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇該區(qū)域內(nèi)最大的ID作為該簇的ID(CID)。這就意味著每個(gè)節(jié)點(diǎn)要與其一跳鄰節(jié)點(diǎn)交換ID，并保存一份鄰節(jié)點(diǎn)ID表。

b)分組

節(jié)點(diǎn)分完簇后，簇頭根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的覆蓋重疊，在每個(gè)簇內(nèi)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組。在分組階段需要給存在感知覆蓋重疊的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分配不同的分組ID(GID)，將它們布放到不同的深度以消除該重疊。由于簇頭知道簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的ID和位置，因此開(kāi)始依次分配GID，每次選擇一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，檢查該節(jié)點(diǎn)與其它已分配GID的節(jié)點(diǎn)間的感知覆蓋重疊。通過(guò)這種方式，簇頭可以保證給任意具有感知覆蓋重疊的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分配不同的GID。一旦簇頭完成該過(guò)程，就會(huì)給簇內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含有節(jié)點(diǎn)GID的信息。

c)深度分配

為了減小覆蓋重疊、提高三維整體覆蓋范圍，將給每個(gè)組分配不同的深度，計(jì)算過(guò)程如下：任意兩個(gè)不同組之間的空間為其中，D為海水的深度，G為分組的個(gè)數(shù)。此空間將確保每層(即具有某個(gè)深度的xy平面)與其它層之間的距離為頂層與海面之間、底層與海底之間也都在這個(gè)距離之內(nèi)。而且，此分組允許沒(méi)有覆蓋重疊的節(jié)點(diǎn)布放在相同的深度層。該計(jì)算過(guò)程由簇頭完成，并由簇頭將深度信息發(fā)送給簇內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。

d)額外周期

每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)距離確定離自己最近的鄰節(jié)點(diǎn)，并檢查自己與該鄰節(jié)點(diǎn)間是否存在感知覆蓋重疊。如果該最近鄰節(jié)點(diǎn)在自己的感知覆蓋范圍內(nèi)，則節(jié)點(diǎn)繼續(xù)移動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有明顯的覆蓋范圍可提升或達(dá)到一定的周期數(shù)時(shí)，移動(dòng)將會(huì)停止。一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)周期之后網(wǎng)絡(luò)的整體覆蓋范圍提高不再明顯，所以將額外周期數(shù)設(shè)為2。

2)設(shè)定總的通信時(shí)間為T(mén)；

3)網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入通信過(guò)程，先判斷是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，如果有，則進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，執(zhí)行步驟4)；否則，進(jìn)入接收狀態(tài)，執(zhí)行步驟5)；

4)在發(fā)送狀態(tài)：

a)先判斷是否到達(dá)通信時(shí)間T，如果是，整個(gè)通信過(guò)程結(jié)束，執(zhí)行步驟6)；否則，繼續(xù)往下執(zhí)行；

b)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，在步驟1)建立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置、信道利用率及能量等因素計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)的計(jì)算方法如下：