[发明专利]一种水下无线光传感器网络可靠数据传输方法

说明书

本发明属于水下无线光传感器网络技术领域，提出了一种水下无线光传感器网络可靠数据传输方法。该方法通过确定传感器节点的定向光发射器方向和选择最少数量传感器节点作为簇头节点，保证动态水下环境中传感器节点到簇头节点的可靠数据传输。提出一种基于光扇区覆盖和传感器节点移动的链路可靠性模型，采用贪心方法确定传感器节点的定向光发射器方向，使其具有最大链路可靠性；提出簇头节点选择方法确保传感器节点到簇头节点的数据传输成功率；提出定向光发射器重定向方法，以减少到簇头节点的跳数，从而减少簇头节点的数量。本发明能够解决不可预测的节点移动性带来的不可靠数据传输问题，为水下无线光传感器网络应用提供可靠的数据传输方法。

技术领域

本发明涉及水下无线光传感器网络技术领域，特别涉及一种水下无线光传感器网络可靠数据传输方法。

背景技术

水下无线光传感器网络借助水下无线光通信技术实现了高速、低时延的水下通信，其通常由若干个簇组成，簇由若干个传感器节点和至少一个簇头节点组成；传感器节点从环境中收集信息并将信息转发给簇头节点；簇头节点聚合来自传感器节点的数据，并通过中继节点将数据转发到水面汇聚节点。由于光信号在水下传播中的固有特性引起的水下无线光通信限制(即定向性、视距通信和短距离传输)，以及水流和波浪引起的不可预测的节点移动性和环境干扰，给水下无线光传感器网络的数据传输带来严重的可靠性问题。

为了实现可靠的水下无线光通信，已有方案通过预编码与均衡矩阵(CN111682899A)、信号接收检测(CN105826157A)、数据预处理与去噪(CN114337831A)、收发设备定位与对准(CN107872278A，CN111147139A)等技术方法，使点对点的无线光通信对环境干扰变化更加可靠。然而，上述方案在实现水下无线光传感器网络的可靠数据传输时仍具有不足和挑战性。一方面，由于水流和波浪引起的不可预测的节点移动性和定位误差，仍会发生由光收发器未对准引起的链路故障；另一方面，水下无线光通信有限的通信范围(几十米)使水下无线光传感器网络是一个分布式系统，节点必须以多跳的方式传输数据，进一步增加了数据传输的不可靠性。

因此，急需一种能够面向水下无线光传感器网络的可靠数据传输方法，其能够在动态的水下环境中提供可靠的定向光链路，以解决不可预测的节点移动性和不可靠数据传输的问题。

发明内容

本发明设计了水下无线光传感器网络可靠数据传输方法，通过优化传感器节点的定向光发射器方向与邻居节点建立可靠的链路；同时，选择最少数量的传感器作为簇头节点，并确保从每个传感器节点到簇头节点的数据传输成功率大于设定的阈值，以在动态环境中实现可靠的数据传输。

为了实现上述目的，本发明提出一种水下无线光传感器网络可靠数据传输方法。

本发明的技术方案：一种水下无线光传感器网络可靠数据传输方法，包括以下步骤：

S1:给定传感器节点集合S＝{s₁,s₂,…,s_n}，给定每个传感器节点的锚定位置坐标、光通信扇区半径、光束角和最大移动范围半径；

S2:设置所有传感器节点的定向光发射器方向集合的初始值为m；其中，m为0-360范围之外的任意特定值；设置所有传感器节点的下一跳节点集合其中，表示传感器节点s_i下一跳节点的集合，其初始值为设置所有传感器节点与其下一跳节点的链路可靠性集合其中，表示传感器节点s_i与其每一个下一跳节点链路可靠性的集合，其初始值为设置簇头节点集合S^C为