[发明专利]自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法

说明书

本发明属于水下传感器网络技术领域，特别涉及一种自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，通过空洞检测阶段和数据传输阶段解决路由空洞问题，其中，空洞检测阶段有效检测空洞节点和陷阱节点，在不增加额外开销时发现路由空洞，进而降低网络时延；在数据传输阶段，AUV每一轮数据收集都依据路由空洞的位置设计航行轨迹，轨迹附近的节点直接将数据发送给AUV，距离轨迹较远的节点通过机会路由转发数据，以适应水下环境变化的多样性，提高数据传输性能，实现网络空洞修复；本发明适用于在水下环境中，自主水下航行器移动收集数据时采用的路由空洞修复策略，对大范围海域的探测、环境的考察和研究均具有积极的意义。

技术领域

本发明属于水下传感器网络技术领域，特别是涉及一种自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法。

背景技术

随着陆地资源的减少，人们越来越重视水下资源的开发。水下传感器网络(underwater sensor networks，UWSNs)广泛应用于军事防御、水下环境监测、灾害预防等领域。与无线传感器网络相比，UWSNs通过水声信道进行通信，节点部署相对稀疏，电池充电难度大且费用高。在水下环境恶劣的情况下，UWSNs面临可用带宽窄、部署成本高、节点能量受限等诸多挑战。节点分布不均匀和转发节点选择不恰当，使得节点在通信范围内找不到继续转发数据的邻居节点，从而产生路由空洞。路由空洞的产生使数据转发失败，导致UWSNs传输时延大、通信误码率高和网络可靠性低。因此，研究一种高效的解决路由空洞问题的方法来提高UWSNs通信效率至关重要。

现有研究者在UWSNs路由空洞方面已取得一定的成果。NOH Y等人提出路由空洞感知协议(void-aware pressure routing protocol,VAPR)，数据沿着定向路径传输到水面的声呐浮标，定向路径由声呐浮标广播的信标消息(序列号、跳数和深度信息)确定，当节点接收到信标消息时，VAPR根据发送方的深度位置更新其传输方向，并通过周期性信标检测空洞节点。当网络中出现路由空洞时，VAPR通过最多保存两跳邻居节点的信息绕开路由空洞，而数据只根据定向路径向上或向下转发，导致网络开销较大。AL-BZOOR M等人提出自适应功率控制协议(adaptive power controlled routing for UWSNs，APCR)，节点被部署到以声呐浮标为中心的同心层，源节点的数据被转发到距离声呐浮标最近一层的节点，直到数据传输到声呐浮标。节点采用自适应发送功率控制，在网络稀疏时提高发送功率，保证网络的连通性；在网络密集时降低发送功率，从而避免路由空洞。然而，传输功率的增加导致网络成本增加，空洞区域的扩大导致数据发生冲突。Coutinho R W L等人提出基于深度调整的路由协议(geographic and opportunistic routing protocol with depthadjustment,GEDAR)，GEDAR基于地理和机会路由中深度调整的拓扑控制，通过贪婪机会转发机制将数据转发到目的节点，利用节点的深度调整将空洞节点移动到新的深度位置，以便节点快速恢复贪婪转发，但移动空洞节点的能量成本较高。

目前，水下路由空洞协议只针对空洞节点设计了路由策略，忽略了导致UWSNs出现路由空洞的陷阱节点，通过陷阱节点转发数据，最终会使数据陷入路由空洞。若在数据传输时提前检测网络中的陷阱节点和空洞节点，并利用自主水下航行器(autonomousunderwater vehicle，AUV)的自主移动性，直接在路由空洞区域收集数据，可有效提高数据传输性能，均衡网络能耗。但目前尚未发现自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法等方面的报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于研究一种自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法。

为了达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，包括以下步骤：