[发明专利]一种基于预测轨迹的海洋船舶无线网络路由方法

权利要求书

1.一种基于预测轨迹的海洋船舶无线网络路由方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、构建每条船舶的轨迹预测模型，使用训练集样本训练模型；

所述训练集的单个样本包含输入序列与输出序列，且输入序列长度与输出序列长度比值大于1；

所述轨迹预测模型为基于双向长短期记忆模型的轨迹预测模型，首层为一维卷积层，其步长为单个时间状态所包含的特征数量，其次是多层堆叠的双向长短期记忆层，用于提取序列中的潜在信息，最后是归一化层与输出层的叠加，用于调整层间输出分布与输出预测序列；

步骤2、基于预测误差和通信半径计算每步预测的置信度，建立置信度表；

将轨迹预测模型在测试集上的预测误差视作随机变量，使用其在第n步预测的误差均值μ_n与方差σ_n对该随机变量拟合正态分布；然后，选取经验误差与通信半径计算每步预测的置信度，该置信度表示为经验误差和通信半径差值与通信半径各自平方的比值与分布的加权：

步骤3、通过轨迹预测模型建立船舶航行路径图；

每艘船舶通过相遇时的通信分布式地获取其他船舶的未来轨迹与置信度表，并根据获得信息通过轨迹预测模型建立船舶航行路径图；

步骤4、对船舶航行路径图中每个潜在的相遇计算其可通信置信度；

两个船舶在预测路径重合点的潜在通信置信度定义为这两艘船舶该时间戳的置信度乘积；

步骤5、计算船舶的送达潜能；

在建立的船舶航行路径图中搜索船舶经过多跳转发到达数据接收节点的所有可能的传播路径，并计算船舶在每条传输路径上的送达潜能，计算方法是传输路径上所有相遇节点通信置信度的乘积；

步骤6、综合所有传输路径的送达潜能，计算船舶对每个数据接收节点的送达潜能；

计算方法为将每条传输路径的送达潜能转化为送达失败的情况，然后转化为至少在一条路径上送达潜能：P＝1-Π(1-p_i)，其中p_i为每条传输路径的送达潜能；

步骤7、相遇船舶完成数据路由；

基于相遇船舶对接受节点的送达潜能，当前船舶决定是否要将数据转发给该相遇船舶；对所有相遇船舶，当前船舶将转发数据给具有高于设定阈值的送达潜能的船舶，最终完成数据路由。

2.根据权利要求1所述的基于预测轨迹的海洋船舶无线网络路由方法，其特征在于，步骤5中计算一个相遇节点对一个数据接收节点的送达潜能，包括以下步骤：

(1)每个艘船会不断记录自己的航行状态，并在航行离开陆地通信覆盖范围时，获取网络其他节点的未来轨迹及置信度表；同时，其对自己的未来的轨迹进行预测，并得到自己基于历史的置信度表；

(2)当每艘船舶与其他船舶相遇的时候，可以进行通信，互相共享自己未来的行驶路径，不断重复共享路径的过程，整个网络中的船舶可以获得局部小范围中所有其他船舶的未来路径以及预测置信度；

(3)基于自己和其他船舶的未来轨迹以及置信度表，每艘船舶节点可以基于自己收集到的所有其他船舶路径信息建立相遇图；对相遇图内在相同时刻内距离小于通信半径的船舶，表示为可能的相遇，并根据置信度表评估相遇的置信度，通信路径由相遇节点组成；

(4)计算一个候选相遇节点可以组成的通信路径上的送达潜能，首先，整个网络对每个数据包有跳数和生存时间的限制，在该限制下，基于船舶自身计算的置信度表和未来轨迹，可以计算每条由该相遇节点组成的路由路径传递成功的潜能，然后，综合考虑网络中所有以该节点组成的路径以及限制，得到该节点送达潜能，其中该限制指数据包生存时间和路由跳数。