[發明專利]基于地理位置和Q學習的分簇跨層通信處理方法、系統

有效

• 申請號: 202010085552.2
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111356198B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 何先燈;邱熠凡;陳南;易運暉;權東曉;朱暢華;趙楠
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/04;H04W40/24
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于通信技術領域，公開了一種基于地理位置和Q學習的分簇跨層通信處理方法、系統，鄰居節點發現階段，通過地理位置和時隙的劃分，結合Q學習，進行鄰居節點發現，并選出簇首；數傳階段，簇首發送TC消息，進行全網拓撲發現，當有數據傳輸請求時，節點利用路由表中目的節點所在簇的簇首地理位置，結合貪婪原則選擇中繼節點進行數據轉發。本發明解決了現有分簇路由算法中，由于大量的廣播包碰撞而導致的簇首收集鄰居節點信息不準確以及簇首更換頻繁等缺點。本發明中簇首通過對簇內其他簇首發來的TC消息進行解析，對未發出的TC包進行重構，減小了TC消息的大小，減少了網絡中的拓撲開銷。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種基于地理位置和Q學習的分簇跨層通信處理方法、系統。

背景技術

我國的海域遼闊，港口眾多，擁有豐富的海洋資源，是水產品生產和貿易大國，而海產養殖業和海洋捕撈業更是沿海地區重要產業。由于海上作業環境的復雜多變，在近海區域進行漁業捕撈，生產條件相對較為惡劣。因此如何滿足海上安全作業的基本需求，一直是各級政府和漁業行政管理部門的重視問題。海洋通信環境基礎設施的缺乏，使得陸地上成熟的無線通信技術無法直接應用在海洋通信系統，因此根據海洋通信環境的特殊性來研究海洋遠程通信技術是非常必要的。Adhoc是實現海洋遠程通信的主要技術之一。在通信系統中，MAC協議規定了無線網絡中的節點何時接入信道，協調網絡中的節點高效公平地共享帶寬有限的無線信道。目前已經有許多經典的MAC協議，針對不同的信道接入方式，可以將這些MAC協議分為以下幾類：競爭類協議如CSMA，節點使用直接競爭的方式來接入信道，如果發生了數據分組碰撞，則重新競爭信道然后重傳數據分組。分配類MAC協議如TDMA，為網絡中的節點預先分配一定數量的信道資源，則節點就能在其分配的信道上不受干擾的完成數據發送。預約類MAC協議則是網絡中節點先使用較短的預約分組，進行信道預約，然后能夠在預約得到的子信道上進行無碰撞的數據傳輸。

因為Ad Hoc網絡可以采用多跳轉發的方式進行數據傳輸，所以需要路由協議建立從源節點到目的節點之間的可達路徑。而路由發現方式和路由選擇策略是協議的核心問題。根據路由建立過程的不同，可分為以下幾類：主動式路由協議如OLSR，節點周期性地廣播路由分組，獲得網絡中節點間的鏈路信息。然后根據拓撲信息，結合合適的路由算法，節點建立到達網絡內所有節點的路由，并根據接收的路由消息實時更新路由表。按需式路由協議如AODV，當源節點需要發送數據卻沒有到目的節點的路由，才通過路由發現來獲得所需要的路由。基于地理位置的協議如GPSR，網絡內的節點在獲取自身的定位信息后，通過位置服務協議獲得目的節點的位置，使用信標交互的方式獲取鄰居節點具體地理位置。利用節點的位置，結合相應的路由算法，完成數據分組的轉發。

由于Ad Hoc網絡中的通信節點具有移動性，一般采用分布式控制結構，通常可以分為兩類：平面結構和分層結構。在分層結構的網絡中，通過合理的分簇算法，對網絡中的節點進行層次型拓撲控制。在此網絡中，由簇首選舉算法競選出來的簇首節點負責所形成的子網絡較為穩定，可減少拓撲結構變化對路由協議的影響，便于對大規模網絡的拓撲進行管理。關于簇首選舉，典型的分簇算法有：最小ID分簇算法、最高節點度分簇算法、最低移動性分簇算法、負載平衡節點ID分簇算法和負載平衡節點度分簇算法、以及組合加權分簇算法。

目前，最接近的現有技術一提出通過地理位置分簇，并進行時隙劃分，來減少鄰居節點發現時的碰撞，以改進鄰居節點發現過程的性能。在此基礎上，最接近的現有技術二進一步提出了基于地理位置和分簇的跨層協議。此協議通過簇首廣播TC分組，使得網絡中的節點可以獲取各個蜂窩簇中的節點分布信息和簇首的具體地理位置。當有數據傳輸請求時，節點利用路由表中目的節點所在簇的簇首地理位置，結合貪婪原則選擇中繼節點進行數據轉發，從而減少了路由開銷，具有更高的吞吐量以及更低的丟包率和時延。最接近的現有技術三中提出了一種基于分簇和混合MAC訪問的跨層協議。通過只在簇首之間發送路由請求消息(RREQ)和路由回復消息(RREP)來建立路由來優化路由開銷和時延。