[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

本發明屬于水下傳感器網絡技術領域，特別涉及一種自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法，通過空洞檢測階段和數據傳輸階段解決路由空洞問題，其中，空洞檢測階段有效檢測空洞節點和陷阱節點，在不增加額外開銷時發現路由空洞，進而降低網絡時延；在數據傳輸階段，AUV每一輪數據收集都依據路由空洞的位置設計航行軌跡，軌跡附近的節點直接將數據發送給AUV，距離軌跡較遠的節點通過機會路由轉發數據，以適應水下環境變化的多樣性，提高數據傳輸性能，實現網絡空洞修復；本發明適用于在水下環境中，自主水下航行器移動收集數據時采用的路由空洞修復策略，對大范圍海域的探測、環境的考察和研究均具有積極的意義。

技術領域

本發明屬于水下傳感器網絡技術領域，特別是涉及一種自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法。

背景技術

隨著陸地資源的減少，人們越來越重視水下資源的開發。水下傳感器網絡(underwater sensor networks，UWSNs)廣泛應用于軍事防御、水下環境監測、災害預防等領域。與無線傳感器網絡相比，UWSNs通過水聲信道進行通信，節點部署相對稀疏，電池充電難度大且費用高。在水下環境惡劣的情況下，UWSNs面臨可用帶寬窄、部署成本高、節點能量受限等諸多挑戰。節點分布不均勻和轉發節點選擇不恰當，使得節點在通信范圍內找不到繼續轉發數據的鄰居節點，從而產生路由空洞。路由空洞的產生使數據轉發失敗，導致UWSNs傳輸時延大、通信誤碼率高和網絡可靠性低。因此，研究一種高效的解決路由空洞問題的方法來提高UWSNs通信效率至關重要。

現有研究者在UWSNs路由空洞方面已取得一定的成果。NOH Y等人提出路由空洞感知協議(void-aware pressure routing protocol,VAPR)，數據沿著定向路徑傳輸到水面的聲吶浮標，定向路徑由聲吶浮標廣播的信標消息(序列號、跳數和深度信息)確定，當節點接收到信標消息時，VAPR根據發送方的深度位置更新其傳輸方向，并通過周期性信標檢測空洞節點。當網絡中出現路由空洞時，VAPR通過最多保存兩跳鄰居節點的信息繞開路由空洞，而數據只根據定向路徑向上或向下轉發，導致網絡開銷較大。AL-BZOOR M等人提出自適應功率控制協議(adaptive power controlled routing for UWSNs，APCR)，節點被部署到以聲吶浮標為中心的同心層，源節點的數據被轉發到距離聲吶浮標最近一層的節點，直到數據傳輸到聲吶浮標。節點采用自適應發送功率控制，在網絡稀疏時提高發送功率，保證網絡的連通性；在網絡密集時降低發送功率，從而避免路由空洞。然而，傳輸功率的增加導致網絡成本增加，空洞區域的擴大導致數據發生沖突。Coutinho R W L等人提出基于深度調整的路由協議(geographic and opportunistic routing protocol with depthadjustment,GEDAR)，GEDAR基于地理和機會路由中深度調整的拓撲控制，通過貪婪機會轉發機制將數據轉發到目的節點，利用節點的深度調整將空洞節點移動到新的深度位置，以便節點快速恢復貪婪轉發，但移動空洞節點的能量成本較高。

目前，水下路由空洞協議只針對空洞節點設計了路由策略，忽略了導致UWSNs出現路由空洞的陷阱節點，通過陷阱節點轉發數據，最終會使數據陷入路由空洞。若在數據傳輸時提前檢測網絡中的陷阱節點和空洞節點，并利用自主水下航行器(autonomousunderwater vehicle，AUV)的自主移動性，直接在路由空洞區域收集數據，可有效提高數據傳輸性能，均衡網絡能耗。但目前尚未發現自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法等方面的報道。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于研究一種自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法。

為了達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

自主水下航行器輔助的UWSNs路由空洞修復方法，包括以下步驟：