[發(fā)明專利]一種基于光聲融合的水下傳感網(wǎng)分布式機(jī)會(huì)路由方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911398905.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN111065144B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施威;王景景;徐凌偉;田玉芳;郭瑛;周麗雅;李海濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué);青島勵(lì)圖高科信息技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W40/12;H04W40/22;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 王艷珍

本發(fā)明公開了一種基于光聲融合的水下傳感網(wǎng)分布式機(jī)會(huì)路由方法，包括：（1）、待傳輸觀測(cè)數(shù)據(jù)信息的節(jié)點(diǎn)選定其中一個(gè)收發(fā)區(qū)間作為工作收發(fā)區(qū)間；（2）、以光通信發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)包；（3）、接收到測(cè)試數(shù)據(jù)包的其他的節(jié)點(diǎn)計(jì)算出其信息度量值；（4）、在工作收發(fā)區(qū)間中發(fā)送數(shù)據(jù)包；（5）、按照優(yōu)先級(jí)高低順序，若優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)成功接收到所述數(shù)據(jù)包，則選擇其為勝出節(jié)點(diǎn)，所述勝出節(jié)點(diǎn)以聲通信廣播發(fā)送的方式發(fā)射確認(rèn)信號(hào)；（6）、若勝出節(jié)點(diǎn)為匯聚節(jié)點(diǎn)，則水下通信完成，否則，勝出節(jié)點(diǎn)作為待發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，返回步驟（1）。本方法利用水下光通信和聲通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的物理位置信息和網(wǎng)絡(luò)中的信道占用情況選擇現(xiàn)有的最佳技術(shù)進(jìn)行傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種基于光聲融合的水下傳感網(wǎng)分布式機(jī)會(huì)路由方法。

背景技術(shù)

目前的水下無線傳感網(wǎng)構(gòu)建主要依賴于水聲通信技術(shù)。水聲通信是一種經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的、被廣泛接受的技術(shù)，具有全向傳播、傳輸距離長(zhǎng)、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，被許多商業(yè)、科學(xué)和軍事應(yīng)用所采用。而新興的水下大容量高速通信應(yīng)用（例如高分辨率圖像、實(shí)時(shí)視頻采集等）對(duì)傳輸速率要求很高，需要高速、遠(yuǎn)程和低延遲的水下網(wǎng)絡(luò)解決方案。一方面由于水下聲通信可用帶寬的限制，通信速率相對(duì)較低；另一方面由于聲波傳播速度較慢(1500m/s)，經(jīng)歷高延遲影響了遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)操作和同步任務(wù)；再者水聲通信的高功耗使得經(jīng)歷大容量通信后的水下傳感器節(jié)點(diǎn)存活周期大大降低。

水下無線光通信憑借其帶寬大、傳輸速度快、時(shí)延低、能耗低、安全性高等優(yōu)勢(shì)可以滿足水下高速通信的需求，近年來受到廣泛關(guān)注。最新研究表明，水下無線光通信在相距5m時(shí)最高可達(dá)到1Gbps。然而，由于水下環(huán)境對(duì)光的的吸收和散射效應(yīng)，水下光通信的通信范圍十分有限，在淺水情況下，一般光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)相距至多十幾米。而且光的方向性傳輸使得收發(fā)器通常必須在彼此的視場(chǎng)內(nèi)對(duì)齊才可以穩(wěn)定通信。傳輸距離短和方向性傳輸?shù)膯栴}也阻礙了水下光節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)可靠控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能力。基于光的水下無線傳感網(wǎng)的構(gòu)建與水下聲傳感網(wǎng)構(gòu)建相比難度大大提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中水下無線光通信受傳輸距離短和方向性傳輸?shù)南拗疲瑢?dǎo)致無法形成基于光的水下無線傳感網(wǎng)的構(gòu)建的技術(shù)問題，提出了一種基于光聲融合的水下傳感網(wǎng)分布式機(jī)會(huì)路由方法，可以解決上述問題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于光聲融合的水下傳感網(wǎng)分布式機(jī)會(huì)路由方法，所述水下傳感網(wǎng)包括若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，至少其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)為匯聚節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)以其中心作為原點(diǎn)，將三維空間劃分成為若干個(gè)收發(fā)區(qū)間，所述路由方法包括：

（1）、待發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述匯聚節(jié)點(diǎn)的位置，從其若干個(gè)收發(fā)區(qū)間內(nèi)選定匯聚節(jié)點(diǎn)位于其輻射范圍內(nèi)的一個(gè)收發(fā)區(qū)間作為工作收發(fā)區(qū)間；

（2）、所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)控制其工作收發(fā)區(qū)間的發(fā)射裝置以光通信廣播發(fā)送的方式發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)包；

（3）、候選節(jié)點(diǎn)計(jì)算出其信息度量值，并通過聲通信廣播發(fā)送的方式回傳至所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)，所述候選節(jié)點(diǎn)為位于所述工作收發(fā)區(qū)間內(nèi)且接收到所述測(cè)試數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)；

當(dāng)所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)接收不到回傳的信息度量值時(shí)，所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大其工作收發(fā)區(qū)間，將與當(dāng)前工作收發(fā)區(qū)間相鄰的收發(fā)區(qū)間納入至工作收發(fā)區(qū)間，返回步驟（2）；

在擴(kuò)大工作收發(fā)區(qū)間之后，若所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)仍然接收不到信息度量值，則所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)采用基于位置的水聲機(jī)會(huì)路由查找最優(yōu)聲節(jié)點(diǎn)，并以聲通信方式將待發(fā)送數(shù)據(jù)傳送至所述最優(yōu)聲節(jié)點(diǎn)；

（4）、所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)對(duì)所接收的信息度量值進(jìn)行排序，根據(jù)排序狀況分別為所述信息度量值所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，并將所述優(yōu)先級(jí)添加到待發(fā)送數(shù)據(jù)包頭部，連同待發(fā)送數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)包，通過光通信廣播發(fā)送的方式在所述工作收發(fā)區(qū)間中發(fā)送；