[發(fā)明專利]一種基于虛擬路由空洞的抗干擾型綠色水下流路由方法

有效

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• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110337130B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢玉潔;蘇豪;張杰
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: H04W40/16
• 分類號: H04W40/16;H04L45/24;H04W84/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發(fā)明公開了一種基于虛擬路由空洞的抗干擾型綠色水下流路由方法，引入了一種干擾回避機制和一種虛擬路由空洞形成方法，可以建立多條互不干擾的基于流路由方法傳輸數(shù)據(jù)的路由路徑，并使傳輸路徑繞過海洋生物的受干擾區(qū)域，達到保護海洋正常生態(tài)環(huán)境的目的。本發(fā)明兼顧了環(huán)境友好和網(wǎng)絡(luò)性能兩個方面，對于節(jié)點移動速度較小的網(wǎng)絡(luò)，具有低能耗、低延時、高包投遞率的優(yōu)點，契合我國建設(shè)生態(tài)海洋強國的戰(zhàn)略方針。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于虛擬路由空洞的抗干擾型綠色水下流路由方法，屬于水下聲傳感器網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

作為一項新興的海洋科技，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)(UWSNs)近年來被廣泛應(yīng)用于水體污染檢測，水文信息采集，水下資源勘探，軍事入侵監(jiān)測，地震、海嘯災(zāi)難預(yù)測等領(lǐng)域。由于無線電通信(RF)與激光通信在水中不適于長距離傳輸，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)(UWSNs)主要采用水聲通信技術(shù)。然而UWSNs網(wǎng)絡(luò)并不是海洋中唯一的聲學(xué)系統(tǒng)，海洋中有限的頻譜資源被UWSNs網(wǎng)絡(luò)和眾多海洋哺乳動物共享，為了避免人為聲學(xué)信號對這些水聲海洋哺乳生物的影響，建設(shè)環(huán)境友好的水下認(rèn)知聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)(UCANs)已成為迫切需求。

建設(shè)環(huán)境優(yōu)友好的水下認(rèn)知聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于針對其網(wǎng)絡(luò)各層設(shè)計環(huán)境友好的通信協(xié)議和方法，目前大部分研究要集中在物理層與MAC層，通過節(jié)點間協(xié)同感知頻譜使用情況來協(xié)商信道的選擇和分配，并結(jié)合功率控制調(diào)節(jié)發(fā)送功率以滿足某一限制條件，達到其與自然聲學(xué)系統(tǒng)的和諧共存，而很少有研究從水聲網(wǎng)絡(luò)的另一核心技術(shù)—水下路由機制的角度研究綠色環(huán)保通信或者兼顧綠色通信與網(wǎng)絡(luò)性能，如吞吐量等。對此，本發(fā)明提出一種基于虛擬路由空洞的抗干擾型綠色水下流路由方法，通過將影響海洋生物的傳感器節(jié)點設(shè)置成路由空洞，實現(xiàn)對海洋生物的保護，同時采用一種沖突回避方法，可建立多條互不干擾的流路由以確保網(wǎng)絡(luò)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種基于虛擬路由空洞的抗干擾型綠色水下流路由方法，采用了一種干擾回避機制，形成虛擬路由空洞，兼顧環(huán)境友好和網(wǎng)絡(luò)性能。

本發(fā)明中主要采用的技術(shù)方案為：

一種基于虛擬路由空洞的抗干擾型綠色水下流路由方法，設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點為源節(jié)點，固定在水底，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點錨定在水里，數(shù)據(jù)最終匯聚到Sink節(jié)點，水下數(shù)據(jù)傳輸在常規(guī)流路由方法的基礎(chǔ)上，在路徑選擇和建立過程引入了干擾回避機制，流路由建立及干擾回避機制引入的具體步驟如下：

步驟1：當(dāng)源節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則通過控制信道向Sink節(jié)點洪泛流路由請求包，流路由請求包中包含待發(fā)數(shù)據(jù)的大小以及距離源節(jié)點的跳數(shù)，每一個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點收到流路由請求包會丟棄跳數(shù)大的，選擇跳數(shù)小的進行跳數(shù)加1后轉(zhuǎn)發(fā)；

步驟2：Sink節(jié)點收到流路由請求包后，通過跳數(shù)最短或最先到達的路徑回復(fù)流路由回復(fù)包，流路由回復(fù)包中包含該節(jié)點的上一跳節(jié)點的ID號、其與上一跳節(jié)點所使用的OFDM通信信道以及該條流路由的生存周期；

步驟3：流路由回復(fù)包的回復(fù)過程中，只有步驟2中路徑上已被選定的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點進行流路由回復(fù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，其他監(jiān)聽到流路由回復(fù)包的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點會將已被自身相鄰轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點使用的OFDM通信信道以及其參與建立的流路由的生存周期保存到信道記錄表中，則監(jiān)聽到流路由回復(fù)包的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在其相鄰轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點流路由的生存周期內(nèi)如果參與其他流路由的建立，會排除已被占用的OFDM通信信道，選擇空閑的OFDM通信信道，以避免干擾正在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南噜徚髀酚陕窂剑粜诺烙涗洷碇械哪硹l流路由的生存周期到了，則轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點會將被該條流路由占用的OFDM通信信道從信道記錄表中刪除；

步驟4：源節(jié)點收到流路由回復(fù)包后，會從空閑的OFDM通信信道通過流路由回復(fù)包的回復(fù)路徑，使用流路由方法將數(shù)據(jù)按分配好的數(shù)據(jù)信道傳送至Sink節(jié)點。

優(yōu)選地，所述步驟1中采用一種虛擬路由空洞的形成方法，用于規(guī)避海洋生物，具體步驟如下：