[发明专利]一种基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法

权利要求书

1.一种基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法，其特征在于：所述的海上移动传感器网络包括密集布放在海面上的用于采集小量级数据的传感器节点、稀疏布放在海面的用于采集并存储大量级数据的集合节点、UAV无人机，传感器节点和集合节点均在海面漂浮且位置随波浪及环流会有缓慢移动；所述的基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法包括：

1)集合结构网络建立：UAV将少量的集合节点均匀布放在网络中，各个集合节点与其通信范围内的传感器节点组网形成两层的集合结构，集合内的传感器节点通过无线多跳接力的方式将采集的小量级数据上传到集合节点进行存储；

2)UAV移动访问：UAV根据所有集合节点的位置信息，以固定速度通过最短路径依次移动到每个集合节点附近，通过无线通信方式接收集合节点转发的存储数据，直至遍历所有集合节点后，再移动到岸基监测中心附近，通过无线通信方式将采集数据上传，然后循环进行下一轮移动遍历；

3)集心环报文定期广播：集合节点每隔固定的时间T₁，即广播集心环报文RR，每个集合内传感器节点在接收到该报文后，均根据报文的信号强度值，确定自己所在的集心环环数RR_N，然后更新并存储环数；

4)集合内节点多跳路由：从集合内环数最高的传感器节点收到集心环报文并更新环数开始，开启一轮路由搜索，节点首先向邻居节点广播路由搜索报文RF，然后将回复报文RFR的节点作为候选节点，从候选节点中采用融合多种因素的适应度函数来计算出下一跳最优节点，并存储该节点信息；下一跳节点重复这一步骤，直至形成到达集合节点的路由，包括：集合内节点的下一跳候选节点选择因素包括4个因素，分别是：的信号强度比率的延时比率的剩余能量比率的环数比率这四个因素均归一化，并通过适应度函数公式计算可以得到候选节点的适应度值其中，是指网络中第i个集合节点所在集合的第j个传感器节点；用于下一跳候选节点选择的适应度函数公式如下：

其中，所述的适应度函数中，与之间距离越远，延时越短，环数之差越大，且剩余能量越高，则适应度函数值更大，表明该候选节点更适合做为的下一跳节点；

5)复杂环境下动态路由：当复杂环境下海面出现障碍、链路故障突发情况，导致网络路由中断，则故障链路前一跳节点重新向邻居节点广播RF报文，搜索到新的下一跳节点，下一跳节点重复这一过程，直至在局部区域内形成新的路由；如果无法搜索到新的下一跳节点，则回退到其上一跳节点，由它重新搜索下一跳最优的节点，直至形成新路由为止，从而实现集合内网络的动态路由。

2.根据权利要求1所述的基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法，其特征在于：所述的步骤1)中，集合节点由UAV根据传感器节点实际分布的密度和网络中各区域的信息监测重要性程度值，悬吊到指定位置进行布放。

3.根据权利要求1所述的基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法，其特征在于：在发生突发情况时，所述的步骤2)的UAV会收到岸基监测中心发出的控制命令，并更改其移动路径，前往重点监测区域采集数据，或前往某个故障集合节点位置释放新的集合节点；UAV在某个集合节点位置也会收到该集合节点上报的故障信息，并释放新的集合节点。

4.根据权利要求1所述的基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法，其特征在于：所述的步骤3)中，传感器节点所在的集心环环数以信号强度来进行划分，假设总环数为m，由于要求每两个相邻集心环之间的距离是定值R，因此可以通过信号强度测试实验后规定，节点接收的信号强度为k₀～k₁的环的环数为1，信号强度为k₁～k₂的环数为2，以此类推，信号强度为k_m-1～0dbm的环的环数为m，环数越高，信号强度越低，表明该节点离集合节点距离越远。

5.根据权利要求1所述的基于集心环机制的海上移动传感器网络路由维护方法，其特征在于：所述的步骤3)中，集心环报文每隔时间T₁广播一次，则所有集合内的传感器节点每隔时间T₁在接收到报文后均会更新RR_N，然后启动步骤4)的集合内各节点路由更新过程。