一種基於向量轉發的水下傳感器網絡節能路由方法

2023-12-06 16:16:21

專利名稱：一種基於向量轉發的水下傳感器網絡節能路由方法
技術領域：
本發明涉及水下傳感器網絡通信技術領域，具體講是一種在水下網絡路由層基於向量轉發的節省路由過程能量消耗的方法。
背景技術：
水下網絡環境與陸地網絡在網絡互聯和通信等方面雖然具有一定的相似性，但在很多方面都有較大差異。水下網絡由於以下幾個因素的影響導致網絡通信情況不同於陸地:電磁波在水下長距離傳播中帶寬嚴重受限，僅有30-3000HZ，同時需要較高的發射功率和傳輸功率，且傳輸延遲大；多徑效應和衰減使水下信道非常容易受損；水下信道的極端特徵導致信號傳輸的高差錯率；水下傳感器由於水體腐蝕等因素容易失效；充電或更換電池的困難性使傳感器生存時間有限，從而限制了整個網絡的生存時間。此外，水下環境的特殊性，使得水下傳感器網絡還具有以下幾個特點:大規模、自組織、動態性。大規模主要體現在水域範圍廣闊，海洋面積較大，而且未知哪些區域會產生有意義的信息，所以需要大規模的布放傳感器節點，以覆蓋儘可能大的區域，從而獲得範圍最廣的有用的信息。自組織則是因為水下傳感器並不是像陸地上的大部分節點，可以在需要的時候獲得維護人員的調整，更多的需要自行判斷位置信息和採集到的信息的價值，此夕卜，更要自動配置和管理，依靠轉發路由協議和自主形成的拓撲結構來構成水下傳輸網絡系統。拓撲結構也不是一成不變的，海洋天氣狀況、人類活動以及傳感器節點的移動和失效都可能導致水下傳感器網絡的動態性，使拓撲結構不斷變化。水下環境的不易到達性使得傳感器節點不能及時得到電量補給或電池更換，而水聲信道的衰減和多徑效應使發送和接收信號需要較大功率，因此，水下傳感器網絡的節能技術是研究水下網絡的重點。已有的基於向量轉發的水下路由協議對於進行轉發的水下網絡往往不能綜合考慮位置、運動和能量三個因素，選擇路由時不夠全面:多次選擇具有優勢位置的節點進行轉發，使個別區域單個節點因為多次使用而能量耗盡，造成全網在這些節點位置的路由失敗，形成網絡空洞，導致網絡過早癱瘓。

發明內容
本發明旨在克服現有技術的上述不足，提供一種可以在水下網絡進行路由選擇時綜合考慮節點位置信息、運動信息和能量信息的水下傳感器網絡節能路由方法。為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案:—種基於向量轉發的水下傳感器網絡節能路由方法，該方法傳輸的每個數據包帶有發送節點、目的節點以及前一跳節點位置信息，轉發路徑由源節點到目的節點的矢量確定，該方法包括以下幾個方面:1)運動速度為V的節點在接收到數據包時,計算其與數據包中記錄的前一跳節點的距離m和到達角，判斷是否在轉發管道半徑s之內；若是，則計算節點與其在源-目的節點路由矢量:瓦5；上投影的距離1，以及前一跳-目的節點矢量n;與前一跳-該節點矢量
的夾角e;否則，丟棄；2)採用式(1)計算轉發係數S:
權利要求
1.一種基於向量轉發的水下傳感器網絡節能路由方法，該方法傳輸的每個數據包帶有發送節點、目的節點以及前一跳節點位置信息，轉發路徑由源節點到目的節點的矢量確定，該方法包括以下幾個方面: 1)運動速度為V的節點在接收到數據包時，計算其與數據包中記錄的前一跳節點的距離m和到達角，判斷是否在轉發管道半徑S之內；若是，則計算節點與其在源-目的節點路由矢量:瓦5；上投影的距離1，以及前一跳-目的節點矢量與前一跳-該節點矢量1^的夾角P ;否則，丟棄； 2)採用式(I)計算轉發係數5:
2.如權利要求1的方法，其特徵在於，採用公式(I)計算轉發係數時，l、s、m及夾角3都是基於當前節點位置信息判斷的，V是基於節點運動信息判斷的。
3.如權利要求1的方法，其特徵在於，N可以根據實際應用取不同值，如果網絡對節能的要求高，N取1，如果對轉發成功率的要求高，可以取2，3或更高。
4.如權利要求1的方法，其特徵在於，等待時間按照式(2)確定:
全文摘要
本發明提出基於向量轉發的水下傳感器網絡節能路由方法，包括節點在接收到數據包時，計算其與數據包中記錄的前一跳節點的距離和到達角，判斷是否在轉發管道半徑之內；若是，則計算節點與其在源-目的節點路由矢量上投影的距離，以及前一跳-目的節點矢量與前一跳-該節點矢量的夾角；計算轉發係數；節點持有數據包等待一段時間，節點在等待期間若多次從多個節點收到這個數據包，每接收一次，重新計算自己相對於這些節點的轉發係數，並判斷是否轉發數據包；若等待時未收到重複包，則在轉發半徑內進行廣播，繼續轉發數據包。本發明對於水下動態網絡，可以有效的節省網絡路由能量消耗，均衡全網能耗，避免網絡空洞產生，從而極大延長網絡壽命。
文檔編號H04W52/02GK103237332SQ20131010801
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者魏博, 羅詠梅 申請人:天津大學