[发明专利]利用水下自行器的移动提高三维水下传感网寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用水下自行器的移动来提高三维水下传感网寿命的方法。

背景技术

众所周知，我们的地球是个水的星球，大片的未被探索的海洋覆盖了大约三分之二的地球表面。随着人类社会的发展，对这片蔚蓝世界的兴趣也与日俱增，包括海洋环境监测、资源开发，以及海洋的国家安全和防御。由众多的水下传感器通过声波链路进行链接形成的水下传感网，使得包括水质监测、钻井设备监测、海洋数据收集、污染监控等诸多应用成为可能。

在水下传感网中，声波通讯是典型的物理层技术，它和陆地上的无线电技术有很多不同，包括受限的带宽，信号带宽和距离的关系，以及高传播延时等。水下传感网的网络协议研究还是个年轻的领域，目前仅有少数的工作提供了水下传感网的路由算法，而且大多数协议主要强调如何去适应和利用水下声波通讯的特性；但是它们忽视了一个棘手的问题——如何延长水下传感网的网络寿命。水下传感器仅有有限的电池能量，而且电池往往难以更换，也无法使用太阳能，因此，水下传感网寿命是衡量水下传感网性能的一个非常重要的指标。尤其对于三维水下传感网来说，当网络范围扩大时，其寿命的衰减与二维陆地无线传感网相比将更加严重。目前，像陆地上无线传感网那样通过放置更多的水下传感器节点到热点地区(hot spots)被认为是一种不实际的解决方案。一方面，水下传感器与陆地上的传感器相比造价更贵；另一方面，密集的传感器放置可能导致被敌人或船只轻易地发现和毁坏。因此，采用移动传感器节点，即水下自行器，来提高整个三维水下传感网的网络寿命是个可取的方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用水下自行器的移动来提高三维水下传感网寿命的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

利用水下自行器的移动提高三维水下传感网寿命的方法，所述水下自行器上设有传感器节点，具体包括如下步骤：

(1)将传感器节点以随机的方式设置于需要监控的水域中，并将基站设置在所述水域的水面中心位置。

水下传感网的网络结构一般可分为三种类型，分别为二维固定水下传感网、三维固定水下传感网和三维固定网络与水下自行器的融合。

在二维水下传感网里，传感器节点被固定在海底或者潜水水域。使用三维水下传感网则能观测二维水下传感网无法实现的观测任务，比如采样和监测一个三维的水下空间。在三维水下传感网中，通常将传感器放置或者漂浮在某个深度，从而进行感知任务，在整个三维水下传感网中，一般使用具有卷扬机的传感设备、并将其锚于海底，或者将传感器连接在浮标上；但是，将传感器连接在浮标上，可能会阻挡船只，并且在军事应用中更容易被敌方发现后破坏，因而实用性更弱些。

水下自行器能够装备水下感知设备和通讯设备，并且不需要绳索、电缆或者远程控制，因此它们在用于海洋学研究、环境监测和海洋资源研究的各种任务中，具有突出的优越性；将传感器节点设置在水下自行器上能够有效避免传感器固定放置或连接在浮标上的缺点。

(2)传感器节点收集其位置信息，以及其距离基站的跳数，并提供这些信息给基站。

(3)基站根据传感器节点提供的这些信息，设置水下自行器的航行计划，并将所述航行计划广播至三维水下传感网，水下自行器根据航行计划开始航行。

(4)依据航行计划，距离基站远近不同(使用跳数表示)的传感器节点根据水下聚集路由算法发送并转发数据。

所述步骤(2)中，传感器节点通过定位算法确定其位置信息；通过交换信标包方式计算出其距离基站的跳数；距离基站两跳范围内的传感器节点，发送一个三元组数据包Tr{n₁，n₂，A}信息给基站，其中，n₂为该传感器节点的位置，n₁为该传感器节点距离基站一跳范围内的邻居，A为该传感器节点距离基站三跳范围内的邻居。

所述步骤(4)中，距离基站远近不同的水下自行器根据水下聚集路由算法发送并转发数据。

有益效果：本发明提供的一种利用水下自行器的移动来提高三维水下传感网寿命的方法，只需要添加一个水下自行器，且该水下自行器只需要在距离基站两跳内航行，水下自行器的能耗低，并且能够有效提高了三维水下传感网的网络寿命，尤其适合应用于大规模的水下传感网。

附图说明

图1(a)为水下自行器距离基站一跳范围内时，形成的聚集线结构示意图；

图1(b)为水下自行器距离基站两跳范围内时，形成的聚集线结构示意图；