[发明专利]水下传感器网络中一种生物友好的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明属于水下传感器网络技术领域，涉及一种数据传输方法。

背景技术

水下传感器网络是目前无线通信领域的研究热点,其广泛的应用前景推动着水声通信的研究不断走向 深入。水下传感器网络与许多其他水下声学系统共存,如水下生物系统,声呐系统,海洋石油钻探系统等。其 中水下生物系统最为特殊。水下生物系统由水下生物构成，如白海豚，宽吻海豚等。水下生物系统中的各 种生物使用声信号进行通信，如种群定位，群体交流，觅食等。和人工声系统不同，水下生物系统为不受 控系统，水下生物始终按照自身的需求进行通信，不会理会人为协议的安排。此外生物系统较为脆弱，较 强的声波信号会干扰到生物的正常通信，易引发生物之间通信的混乱。这就对水下传感器网络提出了更好 的通信要求。

针对目前水下传感器网络未考虑可能对水下生物产生干扰的情况，本发明提出了一种生物友好的数据 传输方法。该方法要求水下传感器节点定时监听水下生物信号，并根据接收到的功率信息对生物进行定位， 同时合理安排自身的发送过程，在生物经过的时间范围内停止发送信号，以避免对生物产生不利影响。

发明内容

本发明关注到水下传感器网络周围同时存在着水下生物的情况，在考虑传感器节点的通信流程时，设 计一种生物友好的数据传输方案。本发明的技术方案如下：

水下传感器网络中一种生物友好的数据传输方法，包括下面的方面：

(1)水下传感器网络由发送节点和接收节点组成，收发节点之间使用声信号进行数据传输， 各个传感器节点所发送的信号的覆盖范围相同，在二维平面覆盖范围半径为r的圆，若生物在信号覆 盖范围内时，认为节点发送的信号会对生物产生干扰。

(2)设生物发声的功率为P；生物信号的覆盖范围为半径为R的圆，在生物运动过程中， 当该圆覆盖到传感器节点时，节点通过监听信道可以检测到生物的存在，设生物运动速度为v，运动 为直线；

(3)传感器网络中的收发节点在进行数据传输过程中，需要避免对周围的水声生物产生干 扰，以实现生物友好的通信目标，方法为：节点周期性地检测生物信号，并根据生物信号的功率定位其 位置；根据相邻两次定位获得的生物位置信息，确定生物的运动轨迹；计算生物在节点信号覆盖范围内的 逗留路径和逗留时间；当生物运动到节点信号覆盖范围内时，节点暂停发送信号，暂停的持续时长为t； 当生物未进入信号覆盖范围或运动离开覆盖范围后，节点可以继续发送。

本发明通过生物的发声功率定位生物的位置，并根据生物的运动情况来安排节点发送信号的时间，以 实现生物友好的数据传输。

附图说明

图1.以收发节点连线所在直线为X轴，收发节点间的垂直平分线为Y轴，建立平面直角坐标系

图2.生物运动到A点，节点N检测到生物的存在

图3.计算生物在节点覆盖范围内的逗留长度和逗留时间(情况一：收发节点M,N均可能干扰到生物 通信)

图4.计算生物在节点覆盖范围内的逗留长度和逗留时间(情况二：仅接收节点M可能干扰到生物通 信)

图5.计算生物在节点覆盖范围内的逗留长度和逗留时间(情况三：收发节点均不会干扰到生物通信)

具体实施方式

根据本发明所涉及到的通信场景，需要建立平面直角坐标系对具体的发明内容进行说明。发送节点N和接收节点M所发出的信号在二维平面内可简化为一个半径为r的圆，现以两个圆的圆心连线所在的直线为X轴，两圆圆心连线的垂直平分线为Y轴，建立平面直角坐标系，如图1所示。设发送节点N和接收节点M间的距离为d,则发送节点N的坐标为发出信号的覆盖范围是方程所对应圆的内部和边界；同理接收节点M点的坐标为其发出信号的覆盖范围是方程所对应圆的内部和边界。

本发明所设计的方案需要节点周期性地监听信道，检测是否有生物信号出现。通过频繁地监听信道， 节点可在第一时间检测到周围生物的存在。节点第一次检测到生物信号时，需要根据接收到的生物信号的 功率对生物进行定位，设此时生物位于A点，坐标为(x₁,y₁)。之后节点仍会监听信道，若仍然接收到了生 物信号，则可再次对生物的位置进行定位，设此时生物位于B点，坐标为(x₂,y₂)，如图2所示。