[發明專利]一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統及方法

在審

• 申請號: 201911228481.0
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN110933641A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 胡一帆;陳杰;呂斌;劉海林;陳露;孫玉嬌;呂成興;袁健;張照文;曹琳;李輝
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W4/38;H04W16/14;H04W52/02;H04W84/18;G01C21/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

1.一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，包括：分別部署在海面的傳感器網絡節點、簇頭節點和網關節點，形成分簇結構網絡；其特征在于，分別在每一個簇中選擇若干最優的子簇頭節點，每個簇內的子簇頭節點與簇頭節點形成星形網絡，子簇范圍內的傳感器網絡節點與子簇頭節點形成多跳路由網絡，而簇內的所有子簇覆蓋范圍之外的剩余傳感器節點，直接通過多跳方式與簇頭節點形成多跳路由網絡。

2.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，根據子簇頭節點選擇的適應度方程，從傳感器節點中依次計算選擇出最優的子簇頭節點，得到最優的子簇頭節點集合信息。

3.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，子簇頭節點選擇的適應度方程具體為：

其中，表示網絡中第i個簇的第j個子簇頭節點，表示子簇頭節點距離比率，表示子簇頭一跳鄰居節點數量比率，表示子簇頭一跳鄰居的剩余能量比率，表示子簇內能耗比率。

4.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，網關節點、簇頭節點和子簇頭節點構成上層網絡結構，用于傳遞事件信息和局部路徑規劃命令；子簇頭節點和傳感器節點構成下層網絡結構，簇頭節點和簇內所有子簇范圍外的剩余傳感器節點之間也構成下層網絡結構，用于多跳匯集感知數據并進行存儲。

5.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，所述感知數據包括：溫濕度、鹽度、波浪幅度以及頻率、風速以及風向數據中的至少一種。

6.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，海上移動節點載體根據所有簇頭節點和子簇頭節點的位置信息，規劃得到遍歷所有簇頭節點和子簇頭節點的全局最短移動路徑，按照所述路徑依次移動到各個節點附近，接收相應節點上傳的存儲數據，再移動停靠到網關節點，將匯集數據上傳。

7.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，網關節點在數據轉發過程中，接收海上移動節點載體轉發的數據，以及簇頭節點和子簇頭節點通過上層網絡上報的事件信息；網關節點產生局部路徑規劃命令，并多跳轉發給所有簇頭節點和子簇頭節點進行存儲，當海上移動節點載體靠近某一個簇頭節點或子簇頭節點時，會收到相應節點發送的局部路徑規劃命令。

8.如權利要求1所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知系統，其特征在于，當海上移動節點載體接收到最近的簇頭節點或子簇頭節點轉發的局部路徑規劃命令時，將變更其移動路徑，即移動到設定區域進行重點監測，或者更換損壞的節點，按照原先全局規劃路徑向下一個簇頭或子簇頭節點移動。

9.一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知方法，其特征在于，包括：

從每一個簇中的傳感器網絡節點中選擇出若干最優的子簇頭節點，構建分層網絡架構；

海上移動節點載體根據所有簇頭節點和子簇頭節點的位置信息，規劃全局最短移動路徑；并按照所述路徑移動至每一個節點附近接收該節點上傳的存儲數據，將所述數據傳送至網關節點；

網關節點接收海上移動節點載體轉發的數據，以及簇頭和子簇頭節點上報的事件信息；網關節點產生局部路徑規劃命令，并多跳轉發給所有簇頭節點和子簇頭節點進行存儲；

當海上移動節點載體靠近某一個簇頭節點或子簇頭節點時，會收到相應節點發送的局部路徑規劃命令；

海上移動節點載體接收到局部路徑規劃命令后，移動到設定區域進行監測，或者更換節點，按照原先全局規劃路徑向下一個簇頭或子簇頭節點移動。

10.如權利要求9所述的一種用于海上自組織網絡的異構節點協同感知方法，其特征在于，所述的構建分層網絡架構，具體為：

各個簇內選出的子簇頭節點與簇頭節點形成星形網絡，子簇范圍內的傳感器節點與子簇頭節點形成多跳路由網絡，而簇內的所有子簇覆蓋范圍之外剩余的傳感器節點，直接通過多跳方式與簇頭節點形成多跳路由網絡。