[發(fā)明專利]一種基于滑翔機的水下傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集方法

有效

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• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111542016B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 李鑫濱;徐向琳;閆磊;韓趙星
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/06;H04W40/10;H04B13/02;H04B11/00
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產(chǎn)權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發(fā)明涉及一種基于滑翔機的水下傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集方法，包括：滑翔機在沿鋸齒形軌跡運行過程中，在通信范圍內(nèi)選擇適當?shù)膫鞲衅鞴?jié)點收集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)收集過程中，滑翔機對傳感器節(jié)點進行動態(tài)規(guī)劃，最優(yōu)化傳感器節(jié)點調(diào)度；采用離線計算，在線調(diào)度的方式，減少計算負荷；改進基廷斯指數(shù)算法，設置閾值，減少廣播頻率和廣播所帶來的能量消耗，減少通信負荷，延長水下傳感網(wǎng)絡的使用壽命。所述水下數(shù)據(jù)收集方法利用滑翔機作為數(shù)據(jù)收集平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、長時間的數(shù)據(jù)收集任務；采用帶閾值的指數(shù)算法降低了求解動態(tài)規(guī)劃的計算復雜度，在保證數(shù)據(jù)收集質(zhì)量的基礎上減少通信消耗，優(yōu)化傳感器調(diào)度，最大化水下傳感網(wǎng)絡壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于滑翔機的水下傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集方法，屬于水下聲學通信及數(shù)據(jù)收集技術領域。

背景技術

隨著海洋強國戰(zhàn)略的提出和海洋科技的快速發(fā)展，水下傳感網(wǎng)絡廣泛應用于水下資源探測、災害防治、海洋數(shù)據(jù)收集等方面。以水下傳感網(wǎng)絡為基礎的海洋開發(fā)和利用是一個融合了水下通信技術、水下航行器控制技術、數(shù)據(jù)收集技術等多種技術的交叉領域，其中，數(shù)據(jù)收集是海洋開發(fā)利用的基礎和關鍵。水下環(huán)境復雜多變，水聲信道面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如多徑傳輸、多普勒頻移等，具有不可靠性。此外，水下聲信號緩慢的傳播速度使得反饋信號具有較大延時性，進而會影響到數(shù)據(jù)收集的效率和準確性。

現(xiàn)階段利用水下航行器作為數(shù)據(jù)收集平臺進行水下數(shù)據(jù)收集已經(jīng)得到廣泛關注和研究。在數(shù)據(jù)收集中經(jīng)常使用的水下航行器主要是AUV和滑翔機。其中，AUV在水下數(shù)據(jù)收集任務中的應用和算法已日趨成熟，但與此同時，AUV也暴露了它的耗能大、成本高、噪聲大、持續(xù)時間短等缺點。與AUV不同，滑翔機采取了通過調(diào)整浮力和姿態(tài)獲取驅(qū)動力的方式，這種獨特的驅(qū)動模式使滑翔機具有耗能低、成本低、噪聲低和航程遠的優(yōu)勢，常被應用于大范圍、長時間的海洋開發(fā)與利用任務中。因此，在長時間、大范圍的水下數(shù)據(jù)收集任務中，滑翔機是作為數(shù)據(jù)收集平臺的理想選擇。

因此，本專利提出利用滑翔機在水下傳感網(wǎng)絡中收集海洋數(shù)據(jù)，感知海洋變化，并且結合自身運動特性實現(xiàn)高效高質(zhì)量的水下數(shù)據(jù)收集任務。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是利用滑翔機實現(xiàn)長時間、大范圍的水下傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集，并針對水下環(huán)境特有的水下節(jié)點網(wǎng)絡生存時間短以及數(shù)據(jù)收集質(zhì)量差的技術缺點和不足，提出一種基于滑翔機的水下傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集方法。

本發(fā)明的解決方案是，

一種基于滑翔機的水下傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收集方法，依托的水下傳感網(wǎng)絡包括水下傳感節(jié)點和滑翔機，其特征在于：包括以下步驟：

步驟A、在海域中部署多個水下傳感器節(jié)點監(jiān)測和收集數(shù)據(jù)；

步驟B、滑翔機首次通過傳感器節(jié)點部署水域，與通信范圍內(nèi)所有傳感器節(jié)點握手，喚醒傳感器節(jié)點，滑翔機離線計算所有傳感器節(jié)點的可能狀態(tài)的狀態(tài)指數(shù)，構建狀態(tài)指數(shù)表,滑翔機將離線計算得到的狀態(tài)指數(shù)表發(fā)送給所有節(jié)點并獲取當前所有節(jié)點的初始狀態(tài)指數(shù)；

步驟C、滑翔機將獲取的各傳感器節(jié)點的初始狀態(tài)指數(shù)進行排序，選擇初始狀態(tài)指數(shù)最大的傳感器節(jié)點i^*收集感應到的海洋數(shù)據(jù)，并在收集完成后更新相應的狀態(tài)指數(shù)；

步驟D、當步驟C中選擇的傳感器節(jié)點i^*更新后的指數(shù)高于或等于閾值T，則檢查節(jié)點i^*的電量是否能繼續(xù)通信，若電量允許，則繼續(xù)選擇當前傳感器，若電量不允許，則滑翔機選擇當前除節(jié)點i^*外狀態(tài)指數(shù)最大的節(jié)點收集數(shù)據(jù)；當i^*的指數(shù)低于閾值T時，該傳感器節(jié)點向滑翔機和其他節(jié)點廣播其狀態(tài)指數(shù)；其他節(jié)點接收到廣播信息后向滑翔機發(fā)送當前狀態(tài)指數(shù)信息，跳至步驟C，即滑翔機根據(jù)所獲取的當前各傳感器節(jié)點的狀態(tài)指數(shù)進行排序并選取當前狀態(tài)指數(shù)最大的傳感器節(jié)點收集數(shù)據(jù)；

利用閾值T進行選擇的表達式如下(1)：