[发明专利]一种基于峰值信息年龄的水声通信路由确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于峰值信息年龄的水声通信路由确定方法及系统，所述方法包括：启动水声通信网络；计算各水声传感节点间的链路可靠性、峰值信息年龄以及能量方差，并根据所计算的链路可靠性、峰值信息年龄以及能量方差，确定各水声传感节点的初始路由；计算水声通信网络的网络寿命，并根据网络寿命，将各水声传感节点的初始路由更新为更新路由；周期性监测所述水声通信网络的网络状态；判断所监测的所述网络状态是否发生变化，若是，则将路由再更新一次，若否，则继续监测网络状态变化。本发明能够提供峰值信息年龄保障，提高水下状态更新信息的信息新鲜度，同时最大化延长网络寿命。

技术领域

本发明涉及水声通信领域，更具体地，涉及一种基于峰值信息年龄的水声通信路由确定方法及系统。

背景技术

海洋蕴涵着丰富的资源，人类对海洋的探索从未止步。然而由于海洋环境的特殊性，目前人类对海洋的探索还不到10％。近年来，随着水下物联网技术的发展，水声通信已经成为探索海洋、了解海洋和利用海洋的前瞻性关键技术。例如，在海洋监测中，可以将有限个水声传感节点随机地部署在拟监测的水下区域，在该区域海面部署一个汇聚节点，水声传感节点和汇聚节点形成水声通信网络。水声传感节点将感知到的水下状态信息通过水声通信网络发送给汇聚节点，汇聚节点进一步通过陆上传输网络发送给监测中心。

海洋监测，尤其突发事态的海洋监测，例如，水下输油管泄漏、赤潮爆发、海下地震监测等等，具有信息新鲜度敏感性，若监测中心接收的是过时信息，可能会降低系统决策的准确性和可靠性，造成巨大的安全隐患。信息年龄是印度理工学院Kaul等人于2012年提出的，用来刻画信息新鲜度的性能指标。由定义可知，信息年龄随着时间线性增长；只有当下一个最新状态信息到达目的地后，信息年龄重新开始计时。信息年龄越小，信息越新鲜；反之，则信息越老化。

网络传输延迟是影响信息新鲜度的最重要因素。尤其，在水声通信环境下，通信链路具有高动态性、带宽极为有限(例如，只有几十KHZ)，长传输延迟(水声传播速度一般为1.5km/s)等等，使得水下信息新鲜度保障面临巨大挑战。不仅如此，在水下监测应用中，往往多个水声传感节点同时感知到监测状态的变化，从而多个水声传感节点同时通过共同的水声传感网络向汇聚节点发送信息状态更新信息，加剧了网络有限通信资源的竞争。此外，由于水下环境的特殊性，水声传感节点往往采用蓄电池的形式供电，因此存在节点寿命。当节点能量消耗完毕(即失效)后，不仅该节点不能执行水下信息感知和向远程监测中心汇报，还会对水声通信网络覆盖和连通可靠性造成严重影响。因此，考虑峰值信息年龄、链路可靠性、节点能耗等对水声传感节点寿命、进而对水声通信网络寿命的影响，基于峰值信息年龄、能耗等优化水声传感节点的信息状态更新信息的路由，是应用水声通信网络实现海洋监测亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种基于峰值信息年龄的水声通信路由确定方法及系统，用于解决水声通信中水下信息新鲜度不高、网络通信资源竞争大、以及网络寿命不高的问题。

本发明采取的技术方案是，一种基于峰值信息年龄的水声通信路由确定方法，包括以下步骤：

启动水声通信网络，所述水声通信网络包括若干水声传感节点以及汇聚节点；

计算各所述水声传感节点间的链路可靠性、峰值信息年龄以及能量方差，并根据所计算的链路可靠性、峰值信息年龄以及能量方差，确定各所述水声传感节点的初始路由，各所述水声传感节点的初始路由为各所述水声传感节点分别到所述汇聚节点的路由；

计算所述水声通信网络的网络寿命，并根据所述网络寿命，将各所述水声传感节点的初始路由更新为更新路由；

周期性监测所述水声通信网络的网络状态；

判断所监测的所述网络状态是否发生变化，若是，继续执行计算所述水声通信网络的网络寿命，并根据所述网络寿命，将各所述水声传感节点的更新路由再更新一次，若否，继续执行周期性监测所述水声通信网络的网络状态。