[發明專利]用于水下傳感網絡多目標優化機會路由的方法

有效

• 申請號: 201911185266.7
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110933676B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 覃琴;徐海濤;王鑫;田藝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04W12/06
• 分類號: H04W12/06;H04W24/02;H04W40/10;H04W84/18;H04B13/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

本發明公開了用于水下傳感網絡多目標優化機會路由的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）定義多目標優化機會路由MOO?BA路由；2）初始信標；3）動態壽命估計DLE；4）初始路徑；5）群優化問題求解：6）改進BA的路徑優化。這種方法能防止同一節點因頻繁轉發數據耗盡能量，達到能耗均衡的目的，提高網絡生命周期，降低端到端延遲、提高有效數據包傳輸量。

技術領域

本發明涉及水下通信，具體是用于水下傳感網絡多目標優化機會路由的方法。

背景技術

水下傳感網絡(Underwater Sensor Networks，簡稱UWSNs)與其他adhoc網絡類似，由許多傳感器組成，這些傳感器部署在水中給定區域內協作執行其任務。與依賴無線電信號相互通信的地面傳感器節點不同，水下傳感節點使用聲學信道作為通信介質，速度為1500米/ 秒，比無線電信號低5個數量級。此外，聲學信道的可用帶寬通常小于15kHz，比地面信道相比要窄得多。水下傳感網絡的發展促進了各種應用的發展，包括海洋環境監測、海洋地質勘探、水下資源開發和災難預警等。由于水域環境特殊，水下聲通信存在著巨大挑戰。例如能見度跟蹤能力差，聲音的傳播速度低，以及海水的高動態物理特性，如溫度，壓力和鹽度使其具有多樣性。因此，通過使用具有低帶寬聲學調制解調器的多個傳感器來監視這種挑戰性環境變得至關重要。由于海洋面積廣闊并且占地球表面的四分之三，所以必須部署多個傳感器來監測待測區域。目前，網絡生命周期是第一個節點在網絡中能量完全耗盡時，Ts是網絡中數據傳輸的開始時間；T(ξng)是第一個節點的能量耗盡的時間，即NetworkLifetime＝Ts-T(ξng)＝0。

現有技術中已經有公開：基于深度的DBR(Depth-based Routing)路由協議，該協議中節點通過深度信息進行數據轉發；多層路由協議MRP(Multi-layer RoutingProtocol),該協議中通過超級節點解決了空間信息的需求，并通過不同的層轉發數據包；DBR協議改進的路由協議EEDBR,EEDBR考慮了節點能量和深度信息來選擇下一跳節點，將感測到的數據轉發到淺深度并具有高能量的節點；基于輪換轉發優先級的機會路由RFP-OR(Rotating Forwarding Priority-based OR)，RFP-OR通過考慮數據包傳遞率、能耗和水壓值估計節點的適度值,以此來進行候選轉發節點的選擇，并設置各節點的轉發優先級，節點轉發優先級的輪換通過更新節點的適度值來實現。

水下傳感器網絡的主要挑戰是在整個網絡生命周期內保持節點之間的能量水平平衡，有效的路由協議成為完成水域監測的必要條件。

傳統路由通過貪婪策略選擇一跳鄰居范圍內的最佳轉發節點，很容易陷入局部最優解決方案。同時，滿足深度小于當前節點條件的節點都會參與到數據包的轉發工作中，這會導致多個節點同時轉發相同數據包，造成數據冗余和能耗。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種用于水下傳感網絡多目標優化機會路由的方法。這種方法能防止同一節點因頻繁轉發數據耗盡能量，達到能耗均衡的目的，提高網絡生命周期，降低端到端延遲、提高有效數據包傳輸量。

實現本發明目的的技術方案是：

用于水下傳感網絡多目標優化機會路由的方法，包括如下步驟：

1)定義多目標優化機會路由MOO-BA(Multi-objective OptimizationOpportunistic routing based on Bat Algorithm，簡稱MOO-BA)路由：在MOO-BA的路由分組類型和消息格式中，任何數據包的數據包標題包含兩個字段：發件人ID，數據包序列號，發件人ID是水下傳感器節點的標識符；分組序列號是由水下傳感器節點分配給分組的唯一序列號，發件人ID與數據包序列號相結合有助于避免路由過程中的重復，路由信息包括能量和深度，能量是信標節點的剩余能量，深度是當前轉發器的深度信息，在信標發送階段每個節點自動更新；