[發明專利]自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法

有效

• 申請號: 202010146030.9
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111328096B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 郝琨;丁鈺瑩;李成;趙璐
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04W28/04;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18;H04B13/02
• 代理公司: 石家莊知住優創知識產權代理事務所(普通合伙) 13131
• 代理人: 林艷艷

1.自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：空洞檢測階段：構建網絡模型，普通節點從周圍環境采集數據，檢測空洞節點和陷阱節點，通過多跳聲通信將數據發送到聲吶浮標，聲吶浮標通過無線鏈路或衛星將數據傳輸到監測中心進行數據分析；

步驟S2：數據傳輸階段：當普通節點在通信范圍內出現路由空洞時，AUV根據空洞節點和陷阱節點的位置設計航行軌跡，并直接從軌跡附近的節點收集數據，距離AUV軌跡較遠的普通節點通過機會路由策略將數據發送給聲吶浮標；當普通節點在路由路徑上突然出現通信故障時，AUV完成當前一輪的數據收集后，下一輪航行軌跡將移動在該空洞區域，以適應網絡動態變化，實現網絡空洞修復；

所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟2.1：在設計AUV航行軌跡時，AUV依據空洞節點和陷阱節點的位置確定航行區域，并沿著螺旋狀的運動軌跡在網絡中航行，軌跡內的空洞節點和陷阱節點直接將數據發送給AUV，軌跡附近的普通節點則通過AUV的預定軌跡和航行速度，隨時預測AUV的位置，為保證普通節點與AUV的可靠通信，普通節點與AUV的最小距離應小于或等于通信可靠距離d_rel；

步驟2.2：在避免空洞節點和陷阱節點的路徑上，距離AUV軌跡較遠的普通節點通過機會路由策略轉發數據，普通節點基于與鄰居表中候選節點的距離和剩余能量引入轉發因子F_c，通過F_c對候選節點進行傳輸優先級排序，F_c越大的節點優先級越高，優先級最高的節點為下一跳轉發節點，從而避免數據沖突，均衡能量消耗；

步驟2.3：由于水流運動、節點能耗不平衡、通信誤碼率高等原因，導致機會路由路徑上的普通節點在數據傳輸突然出現通信故障，使當前節點變為空洞節點，此時，普通節點向通信范圍內的鄰居節點廣播空洞消息包，以避免節點的數據丟失，空洞消息包被進一步傳播到AUV，AUV接收到該包后，優先標記該空洞節點，使得當AUV完成當前一輪的數據收集后，下一輪數據收集的航行軌跡將部署在該空洞區域內，以適應網絡動態變化，實現網絡空洞修復；

步驟S3：重復步驟S1和步驟S2，直到數據被成功傳輸到水面的聲吶浮標，即路由空洞修復完成。

2.根據權利要求1所述的自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法，其特征在于：所述步驟S1具體包括以下步驟：

步驟1.1：檢測空洞節點：每個普通節點設置空洞檢測計時器，等待深度低于自身的鄰居節點發送消息包，該包包括鄰居節點的ID、位置坐標和當前狀態，在失效時間內，若普通節點接收到深度低于自身的鄰居節點發送的消息包，該節點將重置其空洞檢測計時器；否則，該節點為空洞節點；

步驟1.2：識別陷阱節點：空洞節點向下游路徑的每個普通節點廣播消息包，該包包括空洞節點的ID、位置坐標和當前狀態，普通節點接收到消息包后，首先更新自身的鄰居表，并檢查該表中是否有其他深度低于自身的鄰居節點，若鄰居表中不包含除空洞節點之外的其他深度較低節點，則該普通節點為陷阱節點；

步驟1.3：重復步驟1.2，當空洞節點檢測到局部區域中的所有陷阱節點時，此過程停止；

步驟1.4：重復步驟1.1和步驟1.2，檢測到網絡中不同位置的所有空洞節點和陷阱節點，從而確定AUV的航行軌跡范圍。

3.根據權利要求2所述的自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法，其特征在于：所述空洞檢測計時器的失效時間定義為：

式中，T_tra是消息包傳輸時間，T_pro為消息包處理時間，表示第1個至第x個節點的時延差之和。