[发明专利]一种多移动汇聚节点定位辅助的水下传感器网络路由方法

摘要

本发明涉及一种适用于水下动态自组织网络的多移动汇聚节点定位辅助的水下传感器网络路由方法。本发明包括全局定位阶段、动态数据树形成阶段、发送预判阶段。本发明将改进的边界定位使用到水下路由策略中，并采用局部方位树模型进行路由结构划分，可以有效减少能量的消耗，避免由于传输距离过长而过高的消耗能量；发送预判模型可以有效的使数据向目的节点有向传输，寻求一条树间节能路径。网络结构的周期性刷新可以保证网络结构不会因为节点的移动变化导致数据传输率的降低，这样不但可以降低的数据传输时产生的能量消耗，同时也减少了传输延迟，提高了数据传输效率。

主权项

1.一种多移动汇聚节点定位辅助的水下传感器网络路由方法，包括全局定位阶段、动态数据树形成阶段、发送预判阶段，其特征在于：一全局定位阶段：1.1由目的节点作为启动节点，发送多个定位启动信息，包含启动节点标识、位置信息、跳数值，每一个收到定位启动信息的传感器节点将自己跳数值加1后转发，同一个启动节点的信息只转发2次，从而每个网络节点得到距该启动节点的最小距跳数，邻居节点交换到启动节点的跳数，如果一个节点在两跳邻居范围内跳数最大，则标定自己为边界节点；1.2每个边界节点广播一个共享信息，包括一个边界点间跳数值ζ1和一个该边界节点到启动节点的跳数值ζ2，边界点间跳数值ζ1从0开始，信息每转发一次边界跳数值加1，边界节点到启动节点的跳数值ζ2不变，使每个边界节点得到所有边界节点到启动节点的跳数和本身到其它边界节点的跳数，然后边界节点再把边界点间跳数值ζ1广播给内部节点，每个传感器节点得到任意两边界点间跳数值ζ1、该边界节点到启动节点的跳数值ζ2、本节点到启动节点的跳数ζ3、本节点到边界节点的跳数ζ4；1.3节点根据每一跳的距离估计Hopsize，计算出节点间的距离S＝Hopsize*ζ，ζ表示两个节点间的跳数，利用三角形定位算法，每个节点计算得到全局的空间构型和本身的空间坐标，定位进行一次，其中Hopsize为：n表示每个节点的邻居个数，r表示传感器节点通信半径；二动态数据树形成阶段：在计算出位置信息后，按照地理位置得到所有节点最小的包络长方体，将此长方体均分成4个连通区域，每个区域形成一棵动态的空间汇聚树；每个节点都在本地记录一个自身的ID标识、一个根节点RootID标识、地位判定值Pvalue，其中Pvalue值与节点的能量及节点到启动节点的距离有关：Pvalue＝αE+(1‑α)Smin式中E是节点的剩余能量，Smin是节点与最近的启动节点间的距离，α是权重，0＜α＜1；目的节点的邻居节点定位完成后将位置信息和地位判定值P_value发送给目的节点，目的节点将该值在相应区域最大的邻居节点选为对应区域的根节点，当目标节点移动到原邻居节点的通信范围之外，从而导致原邻居节点没有目的节点，对于这类邻居节点的区域暂不确定根节点；由各个区域根节点发起组树信息包括根节点标识RootID和其P_value、消息转发的跳数，当一个邻居节点收到后判断自身是否在空间汇聚树区间，若是在空间汇聚树区间且未定义父节点则自己定义该节点为父节点并跳数加1转发组树信息，若已经定义区域内父节点则不转发该组树信息将自己和该节点定义为内部联通节点；若不是在该区域内的节点作为储备父节点等待一段时间t，L是每个区域对角线长度，v是水声传播速度，将自身和该节点标记为外部联通节点，没有区域内的组树信息时，选择第一个储备父节点作为父节点转发其组树信息；为均衡整个网络的能量消耗，又适应动态网络结构特性，每隔一定时间T，L是每个区域对角线长度，v*是移动的所有节点的速度，重新计算一次P_value，根节点将获得树上在区域内节点的新最大P_value节点的ID、联通节点的树或树枝上最大的ID；根节点根据P_value与值大小的比较，向子节点广播新的该区域根节点ID并判断内、外部联通节点是否与原树合并或分离，或时合并，时分离，重组空间汇聚树，形成随目的节点，AUV或水下滑翔机运动而运动的动态根节点；三发送预判阶段发送预判阶段，离目的节点较近的传感器节点捕获目的节点的位置，传感器节点捕获目的节点的信息后，将位置信息传递给各自的树根节点和联通节点，一个根节点根据相邻两次接受到的目的节点位置信息进行发送预判，Δd是根节点到目的节点的距离，其中x_goal,y_goal,z_goal代表目的节点位置，x_root,y_root,z_root代表根节点位置；3.1目的节点在树根通信范围内，由树根节点直接发送数据到目的节点；3.2目的节点不在树根通信范围内，根据Δd的变化趋势决定如何发送，Δd不断增大时，若在本树节点的传输范围，根节点将数据传递给Pvalue最大的本树节点，由本树节点发送，若不在本树节点的传输范围，根节点将数据传递给邻居树中根节点Pvalue最大的联通节点，由该节点发送；Δd减小时，继续检测目的节点位置，Δd等待到达通信距离后再发送数据。