[发明专利]一种水下无线多跳网络初始化方法

说明书

本发明提供了一种水下无线多跳网络初始化方法，首先由主控节点广播hello分组，通知网络中所有节点开始初始化；第1至m跳节点依次将本地获得的最新邻居信息添加到hello分组中并向网络发送；第m‑1至第1跳节点依次将本地拓扑信息添加至局部拓扑信息中并向网络发送；待主控节点获得全网拓扑信息后由第1至m跳节点依次向网络发送。本发明能够使全网络节点能够以低的开销和能耗完成拓扑发现，获得一致的全网拓扑。

技术领域

本发明属于自组织无线传感器网络技术领域，适合于水声多跳网络各种无线自组织传感器网络系统。

背景技术

网络初始化是水声多跳网络的支撑技术之一。对于水声多跳网络，在网络部署的初始阶段，将传感器节点随机布放于待检测区域，当节点布置完毕后，除了自身的信息外，对周围相邻节点的信息毫无所知，此时网络处于无结构状态，在这种情况下，网络无法进行信息采集与处理，因此需要进行网络初始化过程，形成最初的网络结构，使得网络MAC(Media Access Control媒体访问控制)层协议能在初始结构下很快搭建，从而网络能够运行。有效的网络初始化方法有利于形成良好的最初网络结构，不仅能够提高路由协议和MAC层协议的效率，为数据融合、时间同步和目标定位等任务的实现提供网络基础，而且可以延长整个网络的使用时间，对网络运行有至关重要的作用。

目前为止，国外研究机构提出了一些关于水下无线多跳网络的初始化方法。初始化方法大致可分为两类：基于分布式网络初始化和基于分层式网络初始化。

基于分布式网络初始化，Roberto Petroccia提出一种自主分配节点ID(IDentity)的DIVE(distributed ID assignment and topology discovery分布式地址分配和拓扑发现)方法，该方法将节点布放下去，节点自主产生随机数作为该节点的ID，之后各节点根据本地计时器时间开始广播发现邻居节点HELLO包，生成全网拓扑信息后结束初始化过程，进入后台运行状态。这种方法完成初始化的时间较长，开销较大，而且全网节点自主随机开始广播HELLO分组大大增加了碰撞概率。

基于分层式网络初始化，Ashish Patil提出通过一个种子节点A发送HELLO包，从反馈回来的数据中选择出B节点为第二个种子节点并告知B节点，之后B节点作为种子节点广播HELLO包，若B节点的邻居节点中没有从未做过种子节点的节点，则返回上一个种子节点继续进行初始化，以此类推，生成的种子节点注册表在种子节点间传阅，最后广播拓扑信息，使全部节点获得拓扑信息。这种方法带来的时间开销比较大，不能发现全部节点拓扑信息，同样的不能避免数据包无序冲突问题。

就目前收集到的资料来看，国外对水下无线多跳网络初始化问题的研究才刚刚开始，国内其他研究机构则尚未开展这项研究。为此，设计出一种避免初始化数据包无序碰撞、开销较小、复杂度低的水下多跳网络初始化方法迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于TDMA的水下无线多跳网络的初始化方法，能够使全网络节点能够以低的开销和能耗完成拓扑发现，获得一致的全网拓扑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，包含n个节点的网络中，主控节点N广播hello分组，通知网络中所有节点开始初始化；所述的hello分组中包括数据包类型Type1、发送节点类型Type2、发送节点ID以及该发送节点的邻居信息表LIST1；

所述的数据包类型Type1用H表示hello分组，用T表示局部拓扑信息；所述的发送节点类型Type2用N表示主控节点，用1、2、…、m表示第一跳节点、第二跳节点、…、第m跳节点；所述的发送节点ID用1、2、…、n表示第1、2、…、n个节点为发送节点；所述的邻居信息表LIST1为表征节点邻居节点信息的n×n矩阵，矩阵元素为1表示对应节点为发送节点的邻居节点，矩阵元素为0表示对应节点不是发送节点的邻居节点；