[發(fā)明專利]一種基于矢量的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710914019.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107509233A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉錦涵;李曉濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市智慧海洋科技有限公司
• 主分類號(hào): H04W40/20
• 分類號(hào): H04W40/20;H04B11/00;H04B13/02;H04W4/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京華夏泰和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11662
• 代理人: 陳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于矢量的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為許多應(yīng)用中非常強(qiáng)大的技術(shù)，包括監(jiān)控、測(cè)量、監(jiān)測(cè)和控制。已經(jīng)有許多研究者提倡在水下環(huán)境中應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想(即，形成水下傳感器網(wǎng)絡(luò)(UWSNs))。盡管水下傳感器網(wǎng)絡(luò)(UWSNs)與地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)有一些相同的特性，如密集部署和有限的能量，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)從地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)仍在許多方面有明顯不同：低帶寬，高延遲，節(jié)點(diǎn)漂浮流動(dòng)(導(dǎo)致高的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性)、錯(cuò)誤概率高以及三維空間。這些新功能給UWSNs網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)。

UWSNs中的路由挑戰(zhàn)：與地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)相同，節(jié)能是UWSNs中一個(gè)重點(diǎn)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)路由應(yīng)該能夠處理節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性。這個(gè)要求使大多數(shù)現(xiàn)有的節(jié)能的路由協(xié)議不適合UWSNs。大多數(shù)面向地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)提出的路由協(xié)議，主要是針對(duì)具有受限移動(dòng)性的固定網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的。它們通常使用查詢洪泛作為發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞路徑的有力方法。然而在UWSNs中，大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)都是移動(dòng)的，即使由于強(qiáng)多徑的小位移，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟矔?huì)發(fā)生非常迅速的變化。在高動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)發(fā)路徑的維護(hù)和恢復(fù)是非常昂貴的，在密集的三維動(dòng)態(tài)UWSNs中更貴。因此，為了在UWSNs中提供可擴(kuò)展的和高效的路由，我們必須尋求新的解決方案。

因此，針對(duì)以上不足，需要提供一種基于矢量的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決傳統(tǒng)的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方法數(shù)據(jù)傳輸效率不高、能耗較大的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于矢量的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)方法，包括以下步驟：

當(dāng)任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)接收到其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包時(shí)，根據(jù)所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的位置信息確定所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)是否位于轉(zhuǎn)發(fā)路由管道中；當(dāng)所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)位于所述轉(zhuǎn)發(fā)路由管道中時(shí)，將所述數(shù)據(jù)包保存預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)；

獲取預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)向所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的所有其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的位置信息，根據(jù)所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的位置信息和所有所述其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的位置信息分別計(jì)算所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)相對(duì)于每個(gè)其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的滿意因子，并判斷所有所述滿意因子中的最小值是否小于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)值；

當(dāng)所有所述滿意因子中的最小值小于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)值時(shí)，所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)基于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置信息向目標(biāo)區(qū)域發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)發(fā)路由管道包括:根據(jù)發(fā)射機(jī)的位置信息和接收機(jī)的位置信息確定中心線，并以所述中心線按預(yù)設(shè)半徑圍成的圓柱體區(qū)域。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置確定中心線，以中心線按預(yù)設(shè)半徑圍成圓柱體區(qū)域?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)路由管道，對(duì)超出所述路由管道的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行剔除，避免轉(zhuǎn)發(fā)效率不高的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包以減少能耗。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)包中包括：發(fā)射機(jī)、所有轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)、接收機(jī)和向所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的位置信息；

所述滿意因子的計(jì)算公式為：

其中，α為滿意因子，W為所述轉(zhuǎn)發(fā)路由管道的半徑，d為所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)到所述其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的距離，R為所述其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)最大傳輸距離；給定路由向量其中S₁為發(fā)射機(jī)，S₀為接收機(jī)，將路由向量用于所述其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)；p為所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)到所述路由向量的垂直距離，θ為所述接收機(jī)與所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)到所述其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)之間的夾角。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過(guò)對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的滿意因子進(jìn)行量化計(jì)算，使每一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的效益可以通過(guò)計(jì)算后進(jìn)行對(duì)比，提高轉(zhuǎn)發(fā)的效率。

進(jìn)一步，所述預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算公式為：

其中，T_adaptation為所述預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)，所述α為所述滿意因子，T_delay為預(yù)設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包最大延遲時(shí)間，R為所述轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)最大傳輸距離，d為所述任一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)到所述其他轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的距離，ν₀為聲信號(hào)在水中的傳輸速度。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：根據(jù)節(jié)點(diǎn)的滿意因子來(lái)使該節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)，滿意因子越小，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的效率更高，此時(shí)延遲的時(shí)間越短，節(jié)點(diǎn)越快將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去，提高節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)效率。