[发明专利]一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法

说明书

本发明公开一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法，步骤为：候选集与最优中继节点选择：基于深度和可持续性确定具有资格转发数据的候选中继集，利用多度量决策理论评估节点质量，进而分布式动态确定各个节点的最优中继点；动态更新：联合路径、节点度和剩余能量等因素实时更新路由信息，以此估计移动稀疏水声传感器网络投递的不确定性；数据转发：最高优先级节点转发数据，其余节点监听并等待，并在时间到期时决定是否转发的策略，直到数据包到达海面接收点；解决了水声传感器网络中由于节点部署稀疏和随机移动引起的通信空洞、低投递率和部分节点因过度使用造成的热点等诸多问题，提高了数据包投递率、链路持续性和能量负载均衡。

技术领域

本发明涉及水声传感器网络、水声路由协议技术领域，尤其是一种移动稀疏 水声传感器网络自适应路由协议的实现方法。

背景技术

海洋是富饶而未充分开发的自然资源宝库，海洋资源的进一步发现、开发和 利用，对我国发展海洋经济、建设海洋强国具有重要的战略意义。目前通过卫星、 舰船和潜艇等技术无法长时间、近距离、无缝隙和实时地完成海洋资源勘测、海 洋环境监测和海域安全保障等重要任务。这些因素使得研制低成本和高可靠性的 水下无线传感器网络逐渐成为一个新的研究课题。水下无线传感器网络主要以声 波为无线传输的物理载体，通过散布在广阔水域的各类动态传感器节点收集信息， 集数据获取、传输、处理和融合等功能为一体，是分布式智能化的网络系统，广 泛运用于海洋生物学、海洋勘探、深海考古学和军事战略监测等领域。

水声传感器网络在应用时，由于长期工作在水下，传感器节点必须具备高抗 压、防渗漏和防腐蚀能力，且节点的制造成本偏高，因此，在节点数量有限的情 况下，为了监视尽可能大的区域，水声传感器网络往往具有稀疏拓扑的特点。同 时，水流、重力、浮力、阻力和其他环境因素(潮汐、风暴、洋流和海洋生物) 导致水下传感器节点具备移动性、网络拓扑动态变化。移动稀疏水声传感器网络 的组织结构松散、中断概率高和路径损耗大等特性，以及水声信道传播速度慢、 多径效应、低带宽、高误码率等问题带来的高时延、通信“空洞”、低投递率等网 络问题亟待解决。目前的研究主要基于地理位置、深度和网络状态信息对路由协 议进行设计，在一定程度上提高了通信的可靠性和有效性，但不能很好地解决通信“空洞”问题，不适于移动稀疏水声传感器网络。面临诸多挑战，如何针对移动 稀疏水声传感器网络特征设计一个最大限度提高吞吐量和可靠性同时又能降低 功耗和传输时延的路由协议是解决问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于解决由于节点部署稀疏和随机移动而引起的空白区域、低 投递率等路由问题，而提供一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现 方法，该方法根据节点的稳定度、链路的持续性和节点的能量成本等因素计算奖 励函数选择转发点，可实现网络路径最优化的中继点选择，降低时延、提高链路 可持续性和网络吞吐量。

实现本发明目的的技术方案是：

一种移动稀疏水声传感器网络自适应路由协议的实现方法，包括如下步骤：

1)候选集与最优中继点选择：网络进行初始化，每个水下传感器节点向周 围邻居节点广播通信包(communication packet，CP)，收到CP的水下传感器节 点根据深度值和可持续度建立本地中继候选集；然后基于多度量决策理论评估中 继候选集中候选节点的质量，再根据质量分配候选节点发送数据包的优先级和建 立有序列表，最后确定最优中继点；

2)动态更新：由于水下传感器节点受到水流、重力、浮力、阻力和其他环 境因素作用而具备移动性，导致网络拓扑动态变化，通过CP的发送与接收对最 优中继点进行周期性更新，联合稳定性、可持续度和剩余能量评估候选节点质量 的因素的变化实时更新路由信息，重新分配候选节点优先权值和更新最优中继点；