[發明專利]一種水下光傳感器的路由方法

在審

• 申請號: 202111112362.6
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113810974A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 蘇宇;王雷;劉鑫陽;林馳;盧炳先;覃振權;朱明;羅鐘鉉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明屬于無線通信技術領域，提供了一種水下光傳感器的路由方法。通過求解相鄰節點坐標系轉換公式，并在數據轉發的過程中進行坐標轉換，實現了遠距離節點的定位。然后采用向量轉發機制，通過旋轉節點的指向，進而控制請求轉發方向，實現路由發現和維護。本發明提出了一種利用坐標系轉換，實現數據轉發過程中遠距離節點間定位的方法，并在此基礎上，提供了一種水下光傳感器路由方法。由于整個路由過程是按需定向單播的，且路由路徑是近似直線的。因此相比于其他水下的路由方法，可以實現較低的能耗和時延。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種水下光傳感器的路由方法。

背景技術

水下光通信技術具有能耗低、帶寬高、速率快、時延低、造價低廉等優點，可以彌補水聲和水下射頻通信的不足。近年來水下光通信技術逐漸成為研究的熱點問題之一。

目前大多數水下傳感器路由技術的研究旨在解決水下全向路由問題，且需要目的節點的全局位置信息。水下的定位精度較低，為了獲得全局位置信息，需要大量昂貴的水聲設備實現聲定位，成本較高。而本發明則設計了一種新的方法實現了局部坐標系下遠距離節點的定位。降低了對水下全局位置信息的需要，減少了水下光通信系統的成本。并在此基礎上，提供了一種適用于水下光傳感器網絡的路由方案。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種水下光傳感器的路由方法，用于實現水下高速穩定低成本的通信。

本發明的技術方案：

一種水下光傳感器的路由方法，步驟如下：

(1)基于坐標系轉換的遠距離節點定位：由于每一個節點都有一個自身的本地坐標系，且坐標系的坐標軸方向不一定同向，所以數據轉發的過程中涉及到坐標系的轉換問題。通過二維坐標系的旋轉和平移變換，建立相鄰節點坐標系轉換模型，通過當前節點、上一跳節點，和他們的公共鄰居解出相鄰節點坐標系間的坐標轉換公式。然后將請求中攜帶的發送節點位置信息轉化為本地坐標系下的位置，并按照向量轉發的方式繼續轉發。不斷重復上述步驟，使得轉發路徑中所有節點都有到發送節點的位置信息；

所述相鄰節點坐標系的轉換模型如下所示：

P′＝A(α)B(a,b)P

其中P和P′是分別是兩個坐標系的公共節點在兩個坐標系下的齊次坐標，A(α)是兩個坐標系的旋轉矩陣，α是坐標系旋轉的角度，可表示為：

B(a,b)是兩個坐標系的平移矩陣，(a,b)是坐標系的位移，可表示為：

(2)基于向量的請求轉發：每個請求都有一個來自于發送節點的指向向量，和發送節點的位置，根據發送節點的位置和路由表中鄰居的位置計算出發送節點到鄰居的一個方向向量，根據指向向量和上述求得的方向向量計算出向量夾角，并選擇發送節點到當前節點的距離小于發送節點到鄰居節點的距離且向量夾角最小的節點作為最終的下一跳節點；

(3)按需旋轉路由機制：每個節點都有一個自身的邏輯指向，該邏輯指向方向可用與本地坐標系x軸夾角β表示，當節點需要請求到目的節點的路由時，根據β分別計算四個方向請求的指向向量。然后按照上述向量請求轉發方式分別發送并轉發路由請求。經過預期傳輸時間t秒后，旋轉節點使其邏輯指向加θ，并繼續重發路由請求，直到收到路由回復后，根據路由回復計算目的節點相對于發送節點的位置向量，將節點的邏輯指向調整為目的節點所在的方向，并進入路由維護階段，若某一時刻，路由失效，根據路由表中現存的目的節點的位置向量，調整節點邏輯指向為路由表中現有的目的節點所在方向角度減θ，并重復上述步驟；

所述四個方向請求的指向向量如下所示：

direction1＝(cos(β),sin(β))