[发明专利]一种生物友好的三维水下路由方法

说明书

本发明涉及一种生物友好的三维水下路由方法，步骤如下：当前转发节点F以泛洪的方式发送数据包；候选节点在转发数据包之前，首先探测其发射范围内是否存在海洋生物，如果不存在，直接广播数据包；如果探测到海洋生物，需等待时间t_b，根据最大边界值确定此等待时间；候选节点计算转发优先级，在接收数据包后延迟一段时间再发送。本发明对于节点移动速度较慢的网络，具有能耗低、端到端延迟低、可有效规避海洋生物等优点，适合于节点移动速度较慢的网络。

技术领域

本发明涉及水下认知声学通信中三维路由选择方法。

背景技术

水声传感器网络，也称为水下无线传感器网络(Underwater Wireless SensorNetworks，UWSNs)由批量部署在水下的传感器组成，是以无线方式通信的网络。水下传感器网络是陆地传感器网络概念向水下应用的延伸，但与传统的陆地传感器网络相比，光在水中存在高衰减以及散射的问题，无线电波在水中的通信距离非常短，因此，目前研究的水下传感器网络主要利用声波实现通信和组网，而声音在水下传输时存在传播延迟大、传播损耗大、多途严重、多普勒频散严重等问题，这使得各国水下传感器网络的研究面临着严峻的挑战。作为水声网络的核心技术之一的水下三维路由机制是在二维平面的基础上对各个节点进行深度控制，使一定区域中的传感器节点分布在不同的海洋深度，以获取更多信息，构建立体的海洋网络结构。但目前其研究仍不完善，存在网络生存时间受节点能量限制、节点三维位置信息难以获得等亟待解决问题。

海洋资源对人类的生存与发展有着重大意义和价值，在开发海洋资源的同时，建设和谐美好的海洋生态环境也是我们义不容辞的责任。而以水声通信为支撑的水下传感器网络势必影响海洋生物的生活，对海洋生物造成不必要的干扰，甚至破坏海洋生态系统的平衡，因此，在水下传感器中规避海洋生物，本发明以生物友好为前提的水下三维路由选择方法对保护海洋生态平衡，实现海洋生态、社会与经济的全面协调可持续发展有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物友好的三维水下路由方法，技术方案如下：

一种生物友好的三维水下路由方法，将以源节点S1到目的节点S0的向量为轴线的圆柱范围称为路由管道，路由管道内的节点参与数据转发，主要步骤如下：

1)当前转发节点F以泛洪的方式发送数据包，邻居节点接收到数据包后，首先计算自身到路由矢量的距离，如果距离足够近，小于预设值，则拥有转发数据包的资格，成为候选节点，计算向量和之间的夹角θ；否则，直接丢弃该数据包。

2)候选节点在转发数据包之前，首先探测其发射范围内是否存在海洋生物，如果不存在，直接广播数据包；如果探测到海洋生物，需等待时间t_b，根据最大边界值确定此等待时间：

其中，d_b为海洋生物到候选节点的距离，R是转发节点F的传播半径，vb为海洋生物的运动速度；

3)在候选节点多于一个时，引入转发优先级的概念，每个候选节点自适应地衡量自身转发数据包的利益，对于当前转发节点F，其相邻候选节点的转发优先级计算公式：

设候选节点为A，M表示记录的总感知次数，m是感知到范围内有海洋生物次数，p是候选节点到路由向量的垂直距离，d是A到转发节点F的距离，W是路由管道的半径，α越大，优先级越低。

4)候选节点A在接收数据包后延迟一段时间再发送，使最靠近路由向量的节点最先转发，这个延迟的时间间隔的计算与转发优先级α有关：