[发明专利]一种联合优化的水声多跳协作通信网络路由选择方法

说明书

一种联合优化的水声多跳协作通信网络路由选择方法，涉及水声网络。利用人工鱼群算法随机性和蚁群算法的正反馈机制寻找全局最优解的优越性，以人工鱼群算法为主体，确定路由顺序节点中的部分节点，融入蚁群算法选出的另一部分节点，构成新的路由顺序表，基于水声通信能量消耗模型，结合协作通信技术，将节点的能量消耗作为代价函数寻找全局最优路径，使信息传输的系统能量消耗降到最低。该最优路径可降低系统整体能量消耗，延长水声多跳通信网络的生命周期，提高了水声多跳协作通信效率。克服了单独使用人工鱼群算法求解全局解精度较低、单独使用蚁群算法容易陷入局部最优的缺陷。

技术领域

本发明涉及水声网络领域，尤其是涉及一种联合优化的水声多跳协作通信网络路由选择方法。

背景技术

海洋占地球表面的2/3左右，在维持人类生命方面发挥着重要作用，是全球发展要素的重要来源。海洋监测和水下探测并非易事，水下传感器网络对解决这一难题具有巨大潜力。水声通信网络较早具有代表性的是美国的Seaweb网络(Rice,J,et al.Evolution ofSeaweb Underwater Acoustic Networking[C].in the Proceedings of MTS/IEEEOceans,2000,3:2007-2017)，水声通信及网络可灵活地应用于不同的速率载荷、覆盖距离、水体深度、网络结构等情景，在实际海洋观测中，实现水下不同空间位置多个观测设备的信息交互(朱敏,武岩波.水声通信及组网的现状和展望[J].海洋技术学报,2015,34(03):75-79)。近年来，水声通信及组网技术已成为海洋领域的研究热点。

水声信道具有带宽窄、水声信号衰减严重、传输时延长、通信链路不对称且时变快、水下节点能量供给受限等特点，这些特点可能导致链路的短时中断。为促进网络内部的通信，可使用路由协议来实现节点之间的路由传输。水下网络中按不同需求选择一条最优路径将数据包从源节点发送到目的节点是非常重要的问题，因而要求水声通信网络具有对路由表进行优化的能力。

借鉴陆上无线电信号处理技术，Cecilia等人将协作通信技术引入水声通信网络，构成水声协作通信网络，通过协作获得分集效益，进一步提高了水声通信网络的性能(Carbonelli C,Mitra U.Cooperative Multihop Communication for UnderwaterAcoustic Networks[C].in the Proceedings of the 1st ACM International Workshopon Underwater Networks,2006:97-100)。研究表明，多跳网络通过中继节点的协作，可有效提高带宽利用率，降低水声通信系统的误码率，提高水声通信系统的容量，扩大覆盖范围；与直接进行远距离传输相比，通过短距离多跳实现远距离传输，可降低水声通信网络系统整体的能量消耗(Tang Y,Chen Y,etal.Coordinated anti-collision transmissionwith parity grouping for multi-hop underwater acoustic cooperative networks[C].in the Proceedings of IEEE ICSPCC,2017:1-5)。

水下传感器节点的发射功率、传输距离、处理数据所用的功率都受到严格的限制，并且由于水下环境恶劣多变，水声多跳协作通信网络的水下网络拓扑结构可能是动态变化的，在进行路由选择时，在源节点S和目的节点D之间的每一个节点都既可能成为中继节点R为其转发信息，也可能成为协作节点C在需要时参与协作转发。水声多跳协作通信网络中，每一跳的节点选取，在既有中继节点又存在协作节点的情况下，如何迅速合理地选择出最优路径，即在考虑协作节点C存在的情况下找出最优的中继节点R，是当前研究的重点也是难点。