[发明专利]一种基于模糊匈牙利方法的水下移动传感器转发方法

说明书

技术领域

本发明属于移动传感器网络机会转发技术领域，具体涉及一种基于模糊匈牙利方法的水下移动传感器转发方法。

背景技术

随着海洋经济近年来的发展，水下传感器网络的应用是近年来无线传感器网络系统中的研究热点之一，水下传感器网络可以将传感器采集到的数据发送给地面控制中心，在灾难预警，资源勘测，以及环境测试等方面均有重要的应用前景。水下传感器网络基于水声多跳机制，主要由普通节点，锚定节点，汇聚节点组成，如图1所示，普通节点易移动，受环境影响较大，锚定节点一般由固定物牵引，受环境影响相对较小，转发状况相对稳定，汇聚节点一般位于水面，用于接收从普通节点产生的消息。

在传统移动自组织网网络中，节点会事先建立端到端路径，节点之间的数据传输比较稳定，但是在水下传感器网络中，受到节点移动性，节点的稀疏分布，以及传输距离等因素的影响，节点之间的链路会频繁中断，无法保障具有连续性的传输任务。这种复杂的网络环境与近年来提出的机会网络体系结构相似，利用“存储-携带-转发”的模式，节点在运动过程中通过与其他节点通过机会式接触进行数据传输。根据机会式网络的特点，路由算法可以分为单副本路由与多副本路由，单副本路由算法例如First Contact，在网络中仅仅存在一个消息副本，尽管路由过程中的开销小，但是会有传输时延高，可靠性低的特点。对于多副本传输算法，例如Spray and Wait，Epidemic等，多个节点会在相同的时间周期携带同样的消息副本，这种方法更加适应动态的网络拓扑结构，尽管加大了网络资源的消耗，但是增加了消息的投递成功率，并且降低了消息传输延迟。

合理的转发策略可以更加充分的适应网络的动态变化，降低消息路由的随机性与不确定性，匈牙利方法(Hungarian Method)主要用于解决指派模型中的分配问题，这种方法已经在军事，金融，航空等领域有了一定的应用，而在水下传感器网络的消息转发过程中，节点对消息队列的处理实际上可以理解成分配消息给下一跳节点的过程，鉴于此有必要研究基于模糊匈牙利方法的水下移动传感器转发技术以利用锚定节点特性以及模糊匈牙利方法优化处理转发中的分配过程，提升消息投递成功率，降低转发时延。

发明内容

本发明的目的是针对传统移动自组织网网络的缺点提出一种基于模糊匈牙利方法的水下移动传感器转发方法，通过由普通节点，锚定节点，汇聚节点组成的水下传感器网络进行消息转发。锚定节点先搜索范围内的普通节点并接收反馈信息，然后利用模糊匈牙利方法生成0-1矩阵，将消息副本从普通节点转发到下一跳节点。

为此，本发明提出的技术方案为一种基于模糊匈牙利方法的水下移动传感器转发方法，具体包含以下步骤：

步骤1：普通节点产生数据，若在移动过程中进入锚定节点的通信范围内并且深度大于该节点时，就向该锚定节点发出转发请求，锚定节点根据收到转发请求中的内容计算请求的转发权重，按照该权重值大小生成转发优先级队列，然后根据该优先级队列处理这些请求；

步骤2：假设请求数目为n，所述锚定节点查找通信范围内且深度小于自身的节点，如果节点数目为大于n个节点，利用下面公式(1)排序选择出转发权重前n的节点，

再利用公式(2)生成转发模糊矩阵，

然后模糊矩阵利用模糊匈牙利方法进行处理后生成0-1矩阵，每一个转发节点对应一个接受节点，该接受节点称作主要接受节点，转发节点对应为矩阵内容为0的接受节点，称为次要接受节点；

步骤3：利用锚定节点作为转发中介，转发节点将消息副本首先转发给锚定节点，随后锚定节点根据0-1矩阵对消息副本进行存活时间处理，对于要转发给主要接受节点和次要接受节点的消息，设置消息副本的生存时间；

步骤4：当汇聚节点收到消息后，向通信范围内的普通节点发送确认信号，携带确认信号的普通节点在接触到锚定节点时，发送确认信号给锚定节点，在每个锚定节点中均存在一个确认消息列表，上述节点之间的交互过程为：锚定节点收到发送确认信号后就会更新确认消息列表，锚定节点再向深度更大的普通节点扩散确认信号，直到锚定节点均更新了确认消息列表，当有普通节点携带拥有确认消息列表中的消息接触到锚定节点时，锚定节点就会通知它删除该冗余消息。

进一步，上述步骤3中为降低网络冗余，转发给主要接受节点的消息副本比转发给次要节点的消息副本存活时间要高多倍。

作为优选，上述主要接受节点消息副本的存活时间为15T，T表示单位时间片，主要接受节点消息副本的存活时间为次要消息副本存活时间的3倍。