[發明專利]一種實用水聲協作探測網絡節點功率分配優化方法

有效

• 申請號: 201711241767.3
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108012319B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 陳友淦;余偉健;黃身欽;吳劍明;許肖梅;張小康
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H04W52/30
• 分類號: H04W52/30;H04W52/46;H04B13/02;H04B11/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種實用水聲協作探測網絡節點功率分配優化方法，涉及水下通信。利用移動的深潛器或通信節點作為中繼節點，增加水下固定源節點與水面目的節點之間的有效通信距離，提高水聲協作通信的可靠性，且通過移動中繼節點在水中的位置，可控制各水下固定源節點的信號發射功率，使各水下源節點的能量消耗較為均衡。此外，提出的水聲協作探測網絡節點功率分配優化方法，在使系統功率得到優化的同時，可使系統整體的中斷概率最小化。水下可移動中繼節點和水面目的節點的能量供給較為充分，暫不考慮對其進行功率控制。

技術領域

本發明涉及水下通信，尤其是涉及一種實用水聲協作探測網絡節點功率分配優化方法。

背景技術

近年來，隨著海洋環境監測、海洋相關數據采集、海上災害預報、導航協助等海洋產業以及海洋工程作業等項目的展開，人們對水下通信技術的需求越來越高。

水下通信的環境條件十分惡劣，作為目前公認的最復雜的無線通信信道之一，水聲信道的相關參數具有隨機時空頻變的特性；同時，水下噪聲干擾較強，傳輸帶寬受到限制，且聲波在水中傳播還具有很強的多途效應、很長的傳輸時延。因此，為提高水聲通信性能，常利用協作通信技術。與直接傳輸相比，水聲協作通信技術利用中繼節點進行傳輸具有可獲得分集增益、抵抗各種衰落等優點，還可以達到降低系統能量消耗的目的。

利用協作通信將一定數量的水聲通信節點布放至水下，可以構建一定規模的水聲協作探測網絡。但由于水下節點的能量供給受限問題較為嚴重，且設備更換成本和操作復雜度較高。因此，需要對水聲協作探測網絡各水下源節點的發射功率進行優化，提升系統整體的資源利用率。此外，對各水下源節點進行功率優化還可提高協作通信系統的傳輸速率、中斷概率等傳輸性能。

目前，國內外有關水聲協作探測網絡節點功率分配的研究及專利較少。東南大學提出一種針對帶有無線充電的水聲中繼通信系統的系統能效優化資源分配方法，從能效最優的角度出發，設計一種聯合分配充電時隙和發射功率的方案(東南大學.水聲協作通信系統能效最大準則功率和充電時間分配方法:中國,201610766555.6[P].2017-10-16)。燕山大學提出一種針對多中繼協作的認知水聲系統，在該系統中分布有若干個水下固定認知監測節點，這些節點可相互作為協作中繼與水面認知基站進行通信，并利用遺傳算法進行中繼選擇和功率優化，以延長網絡生存時間(燕山大學.一種多中繼協作的認知水聲系統中繼選擇和功率優化方法:中國,201710248010.0[P].2017-10-16)。

發明內容

本發明目的在于提供可通過控制水下源節點的信號發射功率，達到提高水聲協作探測網絡資源利用率，降低功率消耗、延長使用壽命并提升傳輸性能的一種實用水聲協作探測網絡節點功率分配優化方法。

本發明包括以下步驟：

1)在海底分布有N個水下固定源節點，并等分為L個區域，每個區域均存在K＝N/L個水下固定源節點，并在水中投放一臺深潛器或可移動的通信節點作為中繼節點，協助海上船只或基站等水面目的節點與海底水聲網絡源節點之間進行通信，構成水聲協作探測網絡；在所述水聲協作控制網絡中，中繼節點的有效通信范圍內存在的水下源節點始終不超過三個，且各節點均以半雙工的方式工作；

在步驟1)中，所述海底可在淺海某一海域的海底。

2)當水中可移動的中繼節點移動至水下源節點所分布海域內的某一區域時，開始嘗試與區域內的水下源節點進行訓練序列傳輸；在測試階段，區域內的各水下源節點將剩余能量信息發送給中繼節點；

3)若區域內各水下源節點無法與中繼節點進行正常通信，則使中繼節點移動至海域的其他區域，重復步驟2)，直至達到目標嘗試次數或者區域內各水下源節點能與中繼節點保持正常通信為止；

4)若到步驟3)為止，各水下源節點仍然無法與中繼節點進行正常通信，則定義本次通信失敗；