[发明专利]自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法

权利要求书

1.自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：空洞检测阶段：构建网络模型，普通节点从周围环境采集数据，检测空洞节点和陷阱节点，通过多跳声通信将数据发送到声呐浮标，声呐浮标通过无线链路或卫星将数据传输到监测中心进行数据分析；

步骤S2：数据传输阶段：当普通节点在通信范围内出现路由空洞时，AUV根据空洞节点和陷阱节点的位置设计航行轨迹，并直接从轨迹附近的节点收集数据，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略将数据发送给声呐浮标；当普通节点在路由路径上突然出现通信故障时，AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮航行轨迹将移动在该空洞区域，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复；

所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤2.1：在设计AUV航行轨迹时，AUV依据空洞节点和陷阱节点的位置确定航行区域，并沿着螺旋状的运动轨迹在网络中航行，轨迹内的空洞节点和陷阱节点直接将数据发送给AUV，轨迹附近的普通节点则通过AUV的预定轨迹和航行速度，随时预测AUV的位置，为保证普通节点与AUV的可靠通信，普通节点与AUV的最小距离应小于或等于通信可靠距离d_rel；

步骤2.2：在避免空洞节点和陷阱节点的路径上，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略转发数据，普通节点基于与邻居表中候选节点的距离和剩余能量引入转发因子F_c，通过F_c对候选节点进行传输优先级排序，F_c越大的节点优先级越高，优先级最高的节点为下一跳转发节点，从而避免数据冲突，均衡能量消耗；

步骤2.3：由于水流运动、节点能耗不平衡、通信误码率高等原因，导致机会路由路径上的普通节点在数据传输突然出现通信故障，使当前节点变为空洞节点，此时，普通节点向通信范围内的邻居节点广播空洞消息包，以避免节点的数据丢失，空洞消息包被进一步传播到AUV，AUV接收到该包后，优先标记该空洞节点，使得当AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮数据收集的航行轨迹将部署在该空洞区域内，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复；

步骤S3：重复步骤S1和步骤S2，直到数据被成功传输到水面的声呐浮标，即路由空洞修复完成。

2.根据权利要求1所述的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤1.1：检测空洞节点：每个普通节点设置空洞检测计时器，等待深度低于自身的邻居节点发送消息包，该包包括邻居节点的ID、位置坐标和当前状态，在失效时间内，若普通节点接收到深度低于自身的邻居节点发送的消息包，该节点将重置其空洞检测计时器；否则，该节点为空洞节点；

步骤1.2：识别陷阱节点：空洞节点向下游路径的每个普通节点广播消息包，该包包括空洞节点的ID、位置坐标和当前状态，普通节点接收到消息包后，首先更新自身的邻居表，并检查该表中是否有其他深度低于自身的邻居节点，若邻居表中不包含除空洞节点之外的其他深度较低节点，则该普通节点为陷阱节点；

步骤1.3：重复步骤1.2，当空洞节点检测到局部区域中的所有陷阱节点时，此过程停止；

步骤1.4：重复步骤1.1和步骤1.2，检测到网络中不同位置的所有空洞节点和陷阱节点，从而确定AUV的航行轨迹范围。

3.根据权利要求2所述的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：所述空洞检测计时器的失效时间定义为：

式中，T_tra是消息包传输时间，T_pro为消息包处理时间，表示第1个至第x个节点的时延差之和。