[發(fā)明專利]一種生物友好的三維水下路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710232718.7
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107205253B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 金志剛;馬瑩瑩;羅詠梅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/20;H04W40/22;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種生物友好的三維水下路由方法，步驟如下：當前轉發(fā)節(jié)點F以泛洪的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包；候選節(jié)點在轉發(fā)數(shù)據(jù)包之前，首先探測其發(fā)射范圍內(nèi)是否存在海洋生物，如果不存在，直接廣播數(shù)據(jù)包；如果探測到海洋生物，需等待時間t_b，根據(jù)最大邊界值確定此等待時間；候選節(jié)點計算轉發(fā)優(yōu)先級，在接收數(shù)據(jù)包后延遲一段時間再發(fā)送。本發(fā)明對于節(jié)點移動速度較慢的網(wǎng)絡，具有能耗低、端到端延遲低、可有效規(guī)避海洋生物等優(yōu)點，適合于節(jié)點移動速度較慢的網(wǎng)絡。

技術領域

本發(fā)明涉及水下認知聲學通信中三維路由選擇方法。

背景技術

水聲傳感器網(wǎng)絡，也稱為水下無線傳感器網(wǎng)絡(Underwater Wireless SensorNetworks，UWSNs)由批量部署在水下的傳感器組成，是以無線方式通信的網(wǎng)絡。水下傳感器網(wǎng)絡是陸地傳感器網(wǎng)絡概念向水下應用的延伸，但與傳統(tǒng)的陸地傳感器網(wǎng)絡相比，光在水中存在高衰減以及散射的問題，無線電波在水中的通信距離非常短，因此，目前研究的水下傳感器網(wǎng)絡主要利用聲波實現(xiàn)通信和組網(wǎng)，而聲音在水下傳輸時存在傳播延遲大、傳播損耗大、多途嚴重、多普勒頻散嚴重等問題，這使得各國水下傳感器網(wǎng)絡的研究面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。作為水聲網(wǎng)絡的核心技術之一的水下三維路由機制是在二維平面的基礎上對各個節(jié)點進行深度控制，使一定區(qū)域中的傳感器節(jié)點分布在不同的海洋深度，以獲取更多信息，構建立體的海洋網(wǎng)絡結構。但目前其研究仍不完善，存在網(wǎng)絡生存時間受節(jié)點能量限制、節(jié)點三維位置信息難以獲得等亟待解決問題。

海洋資源對人類的生存與發(fā)展有著重大意義和價值，在開發(fā)海洋資源的同時，建設和諧美好的海洋生態(tài)環(huán)境也是我們義不容辭的責任。而以水聲通信為支撐的水下傳感器網(wǎng)絡勢必影響海洋生物的生活，對海洋生物造成不必要的干擾，甚至破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡，因此，在水下傳感器中規(guī)避海洋生物，本發(fā)明以生物友好為前提的水下三維路由選擇方法對保護海洋生態(tài)平衡，實現(xiàn)海洋生態(tài)、社會與經(jīng)濟的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種生物友好的三維水下路由方法，技術方案如下：

一種生物友好的三維水下路由方法，將以源節(jié)點S1到目的節(jié)點S0的向量為軸線的圓柱范圍稱為路由管道，路由管道內(nèi)的節(jié)點參與數(shù)據(jù)轉發(fā)，主要步驟如下：

1)當前轉發(fā)節(jié)點F以泛洪的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，鄰居節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包后，首先計算自身到路由矢量的距離，如果距離足夠近，小于預設值，則擁有轉發(fā)數(shù)據(jù)包的資格，成為候選節(jié)點，計算向量和之間的夾角θ；否則，直接丟棄該數(shù)據(jù)包。

2)候選節(jié)點在轉發(fā)數(shù)據(jù)包之前，首先探測其發(fā)射范圍內(nèi)是否存在海洋生物，如果不存在，直接廣播數(shù)據(jù)包；如果探測到海洋生物，需等待時間t_b，根據(jù)最大邊界值確定此等待時間：

其中，d_b為海洋生物到候選節(jié)點的距離，R是轉發(fā)節(jié)點F的傳播半徑，vb為海洋生物的運動速度；

3)在候選節(jié)點多于一個時，引入轉發(fā)優(yōu)先級的概念，每個候選節(jié)點自適應地衡量自身轉發(fā)數(shù)據(jù)包的利益，對于當前轉發(fā)節(jié)點F，其相鄰候選節(jié)點的轉發(fā)優(yōu)先級計算公式：

設候選節(jié)點為A，M表示記錄的總感知次數(shù)，m是感知到范圍內(nèi)有海洋生物次數(shù)，p是候選節(jié)點到路由向量的垂直距離，d是A到轉發(fā)節(jié)點F的距離，W是路由管道的半徑，α越大，優(yōu)先級越低。

4)候選節(jié)點A在接收數(shù)據(jù)包后延遲一段時間再發(fā)送，使最靠近路由向量的節(jié)點最先轉發(fā)，這個延遲的時間間隔的計算與轉發(fā)優(yōu)先級α有關：