[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

说明书

本发明公开了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，所述的海上移动传感器网络包括传感器节点、集合节点、UAV无人机，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：集合结构网络建立：UAV移动访问；集心环报文定期广播；集合内节点多跳路由；复杂环境下动态路由；本发明可以减小各个传感器节点将数据多跳传输到UAV的路径距离，平衡网络能耗，可适用于各种网络形状，同时优化网络拓扑路由，并通过动态路由来自适应恶劣海上环境下的移动传感器网络拓扑结构的频繁变化。

技术领域

本发明属于传感器网络技术领域，具体的说，本发明涉及一种海上移动传感器网络，特别是涉及海上移动传感器网络的一种基于集心环机制的路由维护方法。

背景技术

构建海洋监测系统，尤其是海面环境的监测系统，对海洋边界区域的环境监测，是十分重要的。海面监测系统可以在一些海上重要的区域，例如港口、海洋保护区、航道等得到应用，可极大提高对海洋环境、海洋资源的实时监测，有效地进行海洋环境资源的监测和保护。

目前海面监测主要依靠卫星，舰船或浮标等海上驻留仪器进行定期检测，这些方法十分昂贵。近些年由于无线传感器网络通信的发展，使得海上监测成本变得低廉。在海上部署自组织的无线传感器网络节点进行监测，可以对近海进行大面积覆盖，而UAV(旋翼无人机)可以有效地将大规模数据运载到岸基监测中心，UAV在传感区域移动并采集节点数据，并在规定的时限内返回到监测中心，将有利于扩大海洋监测的区域范围。

但是现有海上传感器网络的传输方案存在一定的问题，第一，如果UAV在航行中遍历所有节点，则UAV航行路径过长，能耗过大会导致成本过高，如何减少UAV航行距离以延长续航时间，是一个重要问题。

第二，海洋上部分监测区域由于重要性程度高，需要采集图像或视频等大量级数据，其余部分区域仅需采集温度湿度盐度风速等小量级数据，如何搭配不同类型传感器节点，兼顾不同规模数据的采集有待解决。

第三，海上传感器节点一直在随波逐流，位置在持续缓慢的改变，造成网络拓扑结构的频繁改变；同时海上时常出现各种障碍，如船只遮挡或节点故障等问题，如何解决这种复杂环境下的网络路由问题，维护海上网络传输环境的稳定，是十分重要的。

因此目前亟需提供一种方法能实现海上传感器网络数据的大规模快速采集，同时实现海上网络传输环境的稳定，以便使海上传感器网络在现实中得到更充分的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供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。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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，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；所述的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；