一種生物友好的定向水下網(wǎng)絡(luò)路由方法
【專利摘要】發(fā)明涉及一種生物友好的定向水下網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括：建立2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，在此網(wǎng)絡(luò)中，所有傳感器節(jié)點(diǎn)可以獲得自身以及鄰節(jié)點(diǎn)的地理位置信息；源節(jié)點(diǎn)S向目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過(guò)程中，如果感知到向量穿過(guò)生物?節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域，則需要采取繞路路由策略；將2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為L(zhǎng)×L個(gè)2D網(wǎng)格，在2D網(wǎng)格區(qū)域中，定義各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，當(dāng)生物?節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域確定后，找出該區(qū)域在網(wǎng)格中的坐標(biāo)范圍；將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到最靠近干擾區(qū)域邊界點(diǎn)時(shí)，采取繞路路由策略。本發(fā)明可以節(jié)約傳感器節(jié)點(diǎn)能耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物與傳感器節(jié)點(diǎn)的和諧共存，提高水傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信效率與質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】
-種生物友好的定向水下網(wǎng)絡(luò)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水下認(rèn)知聲學(xué)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的講是一種認(rèn)知水聲網(wǎng)絡(luò)中生物友 好的定向路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)是由布放在海底或海中的傳感器節(jié)點(diǎn)和海面浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)W及它們 之間的雙向聲鏈路組成的可W覆蓋大面積水下區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)。水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)具有高時(shí) 延、時(shí)延動(dòng)態(tài)變化、高衰減、低帶寬、W及信道利用率低等特點(diǎn)。被認(rèn)為是迄今難度最大的無(wú) 線通信信道。水下信道水下節(jié)點(diǎn)使用電池供電，更換電池更為困難，另外，節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息能 耗比接收信息往往大很多倍，運(yùn)對(duì)系統(tǒng)的能耗提出了更高的要求，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)些 固有特點(diǎn)，使得陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成熟機(jī)制、協(xié)議、算法等都不能直接應(yīng)用于水下。
[0003] 目前對(duì)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作中大多基于單一網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，即只考慮水下傳感 器網(wǎng)絡(luò)的存在，而沒(méi)有充分考慮水聲生物，W及其他占用水聲信道資源的人工聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)等 動(dòng)態(tài)干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)性能的影響。在運(yùn)樣的假設(shè)下，設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制與協(xié)議對(duì)生物 和環(huán)境的影響適應(yīng)性較差，而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作對(duì)水聲生物有一定的影響，對(duì)海洋環(huán)境不 夠友好。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)生物友好的水聲通信，將認(rèn)知無(wú)線電的思想應(yīng)用于水聲網(wǎng)絡(luò)中，提出了 認(rèn)知聲學(xué)通信。在認(rèn)知水聲通信中，如果把每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)做一個(gè)路由，最短路徑即兩個(gè) 節(jié)點(diǎn)直線距離上的傳輸，然而，當(dāng)海洋哺乳動(dòng)物位于兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)直線通信距離之間時(shí)，海 洋哺乳動(dòng)物間通信與兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信就會(huì)相互影響，為了實(shí)現(xiàn)生物友好的水聲通 信，同時(shí)避免海洋哺乳動(dòng)物發(fā)聲對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)間通信的干擾，則需要采用繞路路由的策略。 由此造成的水下網(wǎng)絡(luò)路由的連通性差是水下網(wǎng)絡(luò)路由算法面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。而目前已 存在的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法中幾乎沒(méi)有對(duì)運(yùn)方面問(wèn)題的考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了改善水下通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能耗，海洋哺乳動(dòng)物與水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)友好共存的 問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種認(rèn)知水聲網(wǎng)絡(luò)中生物友好的定向路由方法。該方法中，傳感器節(jié)點(diǎn) 可W方便的獲得自己的地理位置信息，找到由源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D的路由路徑。本發(fā)明的 技術(shù)方案如下：
[0006] 認(rèn)知水聲網(wǎng)絡(luò)中一種生物友好的定向路由方法，包括下列步驟
[0007] 步驟一:建立2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，在此網(wǎng)絡(luò)中，所有傳感器節(jié)點(diǎn)可W獲得自身W及 鄰節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送功率范圍，將可作為源節(jié)點(diǎn)下一跳節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn) 組成的節(jié)點(diǎn)的集合定義為集合E，集合E中所有鄰節(jié)點(diǎn)均在一個(gè)WS為圓屯、，分別WS到最近 的可接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)A的距離r和S到最遠(yuǎn)的可接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)F的距離R為半徑所組成 的圓環(huán)W內(nèi)，對(duì)集合E中的傳感器節(jié)點(diǎn)Μ計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的偏離角度ZMSD，使得ZMSD最小的 節(jié)點(diǎn)Μ作為下一跳節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)S即可定向單播數(shù)據(jù)包信息給Μ，數(shù)據(jù)包信息完整接收后，繼 續(xù)按照此方式轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點(diǎn)。
[000引步驟二:源節(jié)點(diǎn)S向目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過(guò)程中，如果感知到向量盈穿過(guò)生物- 節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域，則需要采取繞路路由策略;生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的確定方法如下：首先需要 通過(guò)認(rèn)知技術(shù)確定海洋哺乳動(dòng)物的位置信息W及其發(fā)聲信息，得到海洋哺乳動(dòng)物的位置左 邊及其發(fā)聲范圍半徑Ri，同時(shí)感知海洋哺乳動(dòng)物周邊節(jié)點(diǎn)的功率信息得知其發(fā)聲范圍半徑 R2,則定義W海洋哺乳動(dòng)物為圓屯、，WR1+R2為半徑的圓形區(qū)域?yàn)樯?節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域，該區(qū) 域中的傳感器節(jié)點(diǎn)在生物發(fā)聲過(guò)程中全部處于休眠狀態(tài)。
[0009] 步驟將2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為L(zhǎng)XL個(gè)2D網(wǎng)格，在2D網(wǎng)格區(qū)域中，定義各個(gè)網(wǎng) 格節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，當(dāng)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域確定后，找出該區(qū)域在網(wǎng)格中的坐標(biāo)范圍；如果在生 物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域坐標(biāo)范圍內(nèi)仍然存在不在生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)，則將其定為生 物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域候選邊界點(diǎn)，同時(shí)將該候選邊界點(diǎn)兩個(gè)垂直方向上的候選邊界點(diǎn)定義為 普通傳感器節(jié)點(diǎn)，最終將查找到的候選邊界點(diǎn)定義為生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的邊界點(diǎn)；由邊界 點(diǎn)組成的結(jié)合定義為集合B，設(shè)置邊界初始點(diǎn)，按照右手規(guī)則，向其相鄰的邊界點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)包含 各邊界點(diǎn)的位置信息的皿P包；當(dāng)鄰節(jié)點(diǎn)收到皿P包后，將自身節(jié)點(diǎn)信息及位置信息插入皿P 中，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)邊界點(diǎn)；
[0010] 步驟四：按照步驟一的方法將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到最靠近向量麗的干擾區(qū)域邊界點(diǎn)Bi， 此時(shí)，過(guò)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的圓屯、做邊界點(diǎn)Bi到目的節(jié)點(diǎn)D向量而3的垂線，交向量于點(diǎn)V， 交生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域于點(diǎn)B2和點(diǎn)B3，如果VB2<VB3，則向化方向轉(zhuǎn)發(fā)，否則，向B3方向轉(zhuǎn)發(fā)。
[0011] 本發(fā)明提出的認(rèn)知水聲網(wǎng)絡(luò)中一種生物友好的定向路由方法，可W節(jié)約傳感器節(jié) 點(diǎn)能耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物與傳感器節(jié)點(diǎn)的和諧共存，提高水傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信效率與質(zhì)量。具 體而言，路由選擇過(guò)程中，定向的選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳。每次轉(zhuǎn)發(fā)遵循一定 的原則。同時(shí)將海洋哺乳動(dòng)物作為主用戶，由認(rèn)知技術(shù)對(duì)其進(jìn)行定位W及行為感知，當(dāng)源節(jié) 點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間遭遇生物干擾區(qū)域時(shí)，需要采用繞路路由的策略，避開(kāi)海洋哺乳動(dòng)物與 節(jié)點(diǎn)相互干擾區(qū)域?qū)ふ蚁乱惶D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，運(yùn)就需要生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的邊界點(diǎn)確認(rèn)，保證 數(shù)據(jù)包最短路到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。提高水下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效吞吐量，實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的高效傳輸。當(dāng) 源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間存在多個(gè)干擾區(qū)域時(shí)，同樣能通過(guò)該方法解決。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明水聲網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題暴露示意圖
[0013] 圖2是本發(fā)明水下傳感器節(jié)點(diǎn)與海洋哺乳動(dòng)物分布示意圖
[0014] 圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)發(fā)示意圖
[0015] 圖4是本發(fā)明生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域確定示意圖
[0016] 圖5是本發(fā)明生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域邊界點(diǎn)查找結(jié)果示意圖
[0017] 圖6是本發(fā)明轉(zhuǎn)發(fā)路徑示意圖
[0018] 圖7是本發(fā)明存在多個(gè)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)路徑示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0019] 現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的實(shí)施提供詳細(xì)參考。為解釋本發(fā)明將參考附圖描述下述實(shí)施例。
[0020] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0021] 步驟一:選定一個(gè)水深200米的2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器節(jié)點(diǎn)可W 獲得自身W及鄰節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送功率范圍，將可作為源節(jié)點(diǎn)下一跳 節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)組成的節(jié)點(diǎn)的集合定義為集合E，集合E中所有鄰節(jié)點(diǎn)均在一個(gè)WS為圓屯、，分 別WS到最近的可接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)A的距離r和S到最遠(yuǎn)的可接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)F的距離R 為半徑所組成的圓環(huán)W內(nèi)。集合E中的傳感器節(jié)點(diǎn)Μ計(jì)算ZMSD，使得ZMSD最小的節(jié)點(diǎn)Μ作為 下一跳節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)S即可定向單播數(shù)據(jù)包信息給Μ。數(shù)據(jù)包信息完整接收后，繼續(xù)按照此方 式轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點(diǎn)。
[0022] 步驟二:干擾區(qū)域的確定。源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過(guò)程中，如果感知到向 量惑穿過(guò)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域，則需要采取繞路路由策略。首先需要通過(guò)認(rèn)知技術(shù)確定海洋 哺乳動(dòng)物的位置信息W及其發(fā)聲信息，得到海洋哺乳動(dòng)物的位置左邊及其發(fā)聲范圍半徑 Ri。同時(shí)感知海洋哺乳動(dòng)物周邊節(jié)點(diǎn)的功率信息得知其發(fā)聲范圍半徑化。則定義W海洋哺乳 動(dòng)物為圓屯、，W化+化為半徑的圓形區(qū)域?yàn)樯?節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域。該區(qū)域中的傳感器節(jié)點(diǎn)在生 物發(fā)聲過(guò)程中全部處于休眠狀態(tài)。
[0023] 步驟假設(shè)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為L(zhǎng)XL個(gè)網(wǎng)格，在2D網(wǎng)格區(qū)域中，定義左下角 的網(wǎng)格中的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為[0,0]，其他網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)根據(jù)在網(wǎng)格中的具體位置確定其坐標(biāo)[X， y]。當(dāng)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域確定后，需要找出該區(qū)域在網(wǎng)格中的坐標(biāo)范圍（a《x《b，c《y《 d)，則生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域候選邊界點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)為(a-l《x《b+l，c-l《y《d+l)同時(shí)去除點(diǎn) (a-1，C-1)，（a-1 ,d+l)，（b+1, C-1)，（b+1 ,d+l)。如果在生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域坐標(biāo)范圍（a《x 《b，c《y《d)內(nèi)仍然存在不在生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)，則需將其定為生物-節(jié)點(diǎn)干 擾區(qū)域候選邊界點(diǎn)，同時(shí)將該候選邊界點(diǎn)兩個(gè)垂直方向上的候選邊界點(diǎn)定義為普通傳感器 節(jié)點(diǎn)。最終查找到的候選邊界點(diǎn)定義為生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的邊界點(diǎn)。邊界點(diǎn)組成的結(jié)合定 義為集合B。設(shè)置邊界初始點(diǎn)，按照右手規(guī)則，向其相鄰的邊界點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)皿P包，包含各邊界點(diǎn) 的位置信息等。當(dāng)鄰節(jié)點(diǎn)收到皿P包后，將自身節(jié)點(diǎn)信息及位置信息插入皿P中，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給 下一個(gè)邊界點(diǎn)
[0024] 步驟四：按照步驟一的方法將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到最靠近向量顯的干擾區(qū)域邊界點(diǎn)Bi。 此時(shí)，過(guò)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的圓屯、做向量巧的垂線，交向量于點(diǎn)V，交干擾區(qū)域于點(diǎn)B2和 點(diǎn)B3。如果VB2<VB3,則向B2方向轉(zhuǎn)發(fā)，否則，向B3方向轉(zhuǎn)發(fā)。最后由B2或B3按照步驟一的方法 轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)D。因此，數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑為S-〉M-〉B廣〉M'-〉B2-〉M"-〉D(S-〉M-〉Br〉M'-〉 83-〉1"-〉0)，其中1、1'、1"均代表下一跳節(jié)點(diǎn)。第一次轉(zhuǎn)發(fā)完成后，為了達(dá)到最短路徑與節(jié) 約能量的要求，接下來(lái)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑可W為5-〉1-〉82-〉1'-〉0。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間存在 多個(gè)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域時(shí)，需要多次使用認(rèn)知水聲網(wǎng)絡(luò)生物友好的定向路由方法避開(kāi)干 擾區(qū)域最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。
[0025] 圖1中，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)海洋哺乳動(dòng)物在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，為了防 止海洋哺乳動(dòng)物與傳感器節(jié)點(diǎn)的相互干擾，實(shí)現(xiàn)生物友好，是亟待解決的問(wèn)題。
[0026] 圖2中，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中，海洋哺乳動(dòng)物與傳感器節(jié)點(diǎn)共存，為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，將網(wǎng) 絡(luò)看成是一個(gè)2D的平面，并將其劃分為若干個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格的面積為lOOOmX 1000m。網(wǎng)格 中的傳感器節(jié)點(diǎn)定義為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠感知、接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。當(dāng)節(jié)點(diǎn)不需要 工作時(shí)就會(huì)處于休眠狀態(tài)W節(jié)約能量。
[0027] 圖3中，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送功率范圍，將可作為源節(jié)點(diǎn)下一跳節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)組成的 節(jié)點(diǎn)的集合定義為集合E，集合E中所有鄰節(jié)點(diǎn)均在一個(gè)WS為圓屯、，分別WS到最近的可接 收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)A的距離r和S到最遠(yuǎn)的可接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)F的距離R為半徑所組成的圓環(huán) W內(nèi)。集合E中的傳感器節(jié)點(diǎn)Μ計(jì)算ZMSD，使得ZMSD最小的節(jié)點(diǎn)Μ作為下一跳節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)S 即可定向單播數(shù)據(jù)包信息給Μ。數(shù)據(jù)包信息完整接受后，繼續(xù)按照此方式轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié) 點(diǎn)。
[0028] 圖4中，海洋哺乳動(dòng)物聲波作用范圍是W海洋哺乳動(dòng)物為圓屯、，WRi為半徑的圓， 水下傳感器節(jié)點(diǎn)的聲波作用范圍是W節(jié)點(diǎn)為圓屯、，WR2為半徑的圓。（假設(shè)海洋哺乳動(dòng)物聲 波發(fā)送與接收范圍相同，傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送與接收信號(hào)范圍相同。）生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域?yàn)?W海洋哺乳動(dòng)物為圓屯、，WR1+R2為半徑的實(shí)屯、圓。生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)在該段時(shí)間 內(nèi)處于休眠狀態(tài)。
[0029] 圖5中，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為L(zhǎng)XL個(gè)網(wǎng)格，在2D網(wǎng)格區(qū)域中，定義左下角的網(wǎng) 格中的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為[0,0]，其他網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)根據(jù)在網(wǎng)格中的具體位置確定其坐標(biāo)[x，y]。 當(dāng)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域確定后，需要找出該區(qū)域在網(wǎng)格中的坐標(biāo)范圍（a《x《b，c《y《d)， 則空桐區(qū)域候選邊界點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)為(曰-1《：?^《6+1，(3-1《7《(1+1)同時(shí)去除點(diǎn)(曰-1，(3-1)，（曰- 1,(1+1)，化+1,(3-1)，化+1,(1+1)。如果在生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域坐標(biāo)范圍(曰《:?[《13,(3《7《(1)內(nèi) 仍然存在不在生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)，則需將其定為生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域候選邊界 點(diǎn)，同時(shí)將該候選邊界點(diǎn)兩個(gè)垂直方向上的候選邊界點(diǎn)定義為普通傳感器節(jié)點(diǎn)。最終查找 到的候選邊界點(diǎn)定義為生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的邊界點(diǎn)。
[0030] 圖6中，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到最靠近向量如的干擾區(qū)域邊界點(diǎn)Bi。此時(shí)，過(guò)生物-節(jié)點(diǎn)干擾 區(qū)域的圓屯、做向量否5的垂線，交向量于點(diǎn)V，交干擾區(qū)域于點(diǎn)B2和點(diǎn)B3。如果VB2<VB3，則向B2 方向轉(zhuǎn)發(fā)，否則，向B3方向轉(zhuǎn)發(fā)。最后由B2或B3按照步驟一的方法轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)D。因此，數(shù) 據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑為S-〉M-〉B廣〉Μ ' -〉B2-〉]\f -〉D (S-〉M-〉B廣〉Μ' -〉Β3-〉]Τ -〉D)，其中Μ、Μ '、均 代表下一跳節(jié)點(diǎn)。第一次轉(zhuǎn)發(fā)完成后，為了達(dá)到最短路徑與節(jié)約能量的要求，接下來(lái)的轉(zhuǎn)發(fā) 路徑可 W 為 S-〉M-〉B2-〉M ' -〉D。
[0031] 圖7中，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間存在多個(gè)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域時(shí)，需要多次使用 該方法避開(kāi)干擾區(qū)域最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生物友好的定向水下網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括下列步驟： 步驟一：建立2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，在此網(wǎng)絡(luò)中，所有傳感器節(jié)點(diǎn)可以獲得自身以及鄰節(jié) 點(diǎn)的地理位置信息，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送功率范圍，將可作為源節(jié)點(diǎn)下一跳節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)組成 的節(jié)點(diǎn)的集合定義為集合E，集合E中所有鄰節(jié)點(diǎn)均在一個(gè)以S為圓心，分別以S到最近的可 接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)A的距離r和S到最遠(yuǎn)的可接收數(shù)據(jù)包鄰節(jié)點(diǎn)F的距離R為半徑所組成的圓 環(huán)W內(nèi)，對(duì)集合E中的傳感器節(jié)點(diǎn)Μ計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的偏離角度ZMSD，使得ZMSD最小的節(jié)點(diǎn) Μ作為下一跳節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)S即可定向單播數(shù)據(jù)包信息給Μ，數(shù)據(jù)包信息完整接收后，繼續(xù)按 照此方式轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點(diǎn)。 步驟二:源節(jié)點(diǎn)S向目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過(guò)程中，如果感知到向量13穿過(guò)生物-節(jié)點(diǎn) 干擾區(qū)域，則需要采取繞路路由策略;生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的確定方法如下：首先需要通過(guò) 認(rèn)知技術(shù)確定海洋哺乳動(dòng)物的位置信息以及其發(fā)聲信息，得到海洋哺乳動(dòng)物的位置左邊及 其發(fā)聲范圍半徑Ri，同時(shí)感知海洋哺乳動(dòng)物周邊節(jié)點(diǎn)的功率信息得知其發(fā)聲范圍半徑R 2,則 定義以海洋哺乳動(dòng)物為圓心，以R1+R2為半徑的圓形區(qū)域?yàn)樯?節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域，該區(qū)域中的 傳感器節(jié)點(diǎn)在生物發(fā)聲過(guò)程中全部處于休眠狀態(tài)； 步驟三:將2D水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為L(zhǎng)XL個(gè)2D網(wǎng)格，在2D網(wǎng)格區(qū)域中，定義各個(gè)網(wǎng)格節(jié) 點(diǎn)的坐標(biāo)，當(dāng)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域確定后，找出該區(qū)域在網(wǎng)格中的坐標(biāo)范圍；如果在生物-節(jié) 點(diǎn)干擾區(qū)域坐標(biāo)范圍內(nèi)仍然存在不在生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)，則將其定為生物-節(jié) 點(diǎn)干擾區(qū)域候選邊界點(diǎn)，同時(shí)將該候選邊界點(diǎn)兩個(gè)垂直方向上的候選邊界點(diǎn)定義為普通傳 感器節(jié)點(diǎn)，最終將查找到的候選邊界點(diǎn)定義為生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的邊界點(diǎn)；由邊界點(diǎn)組成 的結(jié)合定義為集合B，設(shè)置邊界初始點(diǎn)，按照右手規(guī)則，向其相鄰的邊界點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)包含各邊界 點(diǎn)的位置信息的HBP包；當(dāng)鄰節(jié)點(diǎn)收到HBP包后，將自身節(jié)點(diǎn)信息及位置信息插入HBP中，繼 續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)邊界點(diǎn)； 步驟四：按照步驟一的方法將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到最靠近向量涵的干擾區(qū)域邊界點(diǎn)也，此時(shí)， 過(guò)生物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域的圓心做邊界點(diǎn)Βι到目的節(jié)點(diǎn)D向量?jī)?的垂線，交向量于點(diǎn)V，交生 物-節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域于點(diǎn)出和點(diǎn)B3，如果VB 2〈VB3，則向出方向轉(zhuǎn)發(fā)，否則，向B3方向轉(zhuǎn)發(fā)。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK106060893SQ201610530840
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】金志剛, 王健
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)