[发明专利]水下传感网的水声信道质量动态评估和预测方法及系统

说明书

本发明涉及一种水下传感网的水声信道质量动态评估和预测方法，包括：初始化步骤水下传感网节点接收初始数据包，以获得邻居节点的标识、剩余能耗及信噪比均值方差并建立包括邻居节点的标识、剩余能耗及信噪比均值和方差的向量表；主动发包步骤，进入主动发包状态的节点根据其邻居信道质量评估值，确认下一跳的转发节点，将该转发节点的标识加入数据包，并广播该评估数据包；被动接收步骤，处于被动接收状态的节点接收到该数据包后，更新向量表，并通过比对标识，判断自身是否为该转发节点。本发明通过计算与邻居节点的信噪比协方差等统计参数，将算法扩展为多跳信道质量评估算法，便于从找到信道质量最优的全局路由。

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种水下传感网的水下声通信的信道质量评估和预测方法及系统。

背景技术

地球超过70％的面积被海洋覆盖，人类从未停止过探索海洋的脚步。自20世纪中期，长期连续的海洋数据采集技术被各国广泛重视，它可为海洋科学提供基础数据，预报海洋自然灾害，也可为近海防御等军事需求提供保障，预警海上军事威胁。然而，传统的科考船等单传感设备在值守周期和采集规模上已经无法满足需求，随着世界各国对海洋权益的日益重视、发展海洋经济热潮的兴起和陆地无线传感器网络(Terrestrial WirelessSensor Networks，TWSNs)技术的成熟发展，水下传感网(Underwater Sensor Networks，UWSNs)的研究为长期、大范围、连续的海洋数据采集带来了变革。近十年间，水下传感网得到了世界各国政府部门、工业界、学术界和科研机构的极大关注。水下传感网指将能耗低、具有短距通信能力的水下传感器节点部署到指定海域中，利用节点的自组织能力建立起的多跳数据传输网络。早期的水下传感网主要有美国海军在1950年左右部署的SOSUS水下监听系统；1993年，以美国麻省理工大学为代表的研究机构展开了民用级别的水下传感器网络研究，代表性的系统原形包括海洋信息自动采样网络(AOSN)；2000年，美国海军面向水下声呐感知和数据收集开展了Seaweb项目。2010年来，美国海军对通过水下传感网，水下无人潜器等手段探测海洋非常重视，并预测水下传感设备采集的数据将呈现指数级别增长。

UWSN采用声波作为信号载体.声波在水中的传播特性受环境干扰明显，水生生物，水温，盐度，深度等均会对声波通信质量产生时变影响。对声波信道质量进行评估和预测，是水下传感网MAC层，路由层等上层协议高效运行的基础技术之一。

为实现水声信道质量的评估和预测，可采用节点间历史点对点数据包传输成功率结合指数平均滑动等方法，主要以信噪比作为信道质量优劣的主要参考值。然而，类似的线性统计方法并不能很好的对信道质量进行评估，只能作为粗略的启发值，作为上层协议的参考。基于全量历史数据的统计可以完整刻画信道质量的变化和统计规律，但记录全量数据的存储空间和基于全量数据的计算时间，都是水下传感网节点无法难以接收的。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种水下传感网的水下声通信的信道质量评估和预测方法，包括：

初始化步骤，水下传感网中的任一节点A进入初始化状态，广播包含自身标识和剩余能耗的握手数据包；当该节点A的至少一个可通信的节点B接收到该握手数据包后，广播包含该节点B自身标识和剩余能耗的初始数据包，该节点A接收该初始数据包并获得该节点B的标识和剩余能耗，解析获得该节点B所发送该初始数据包的信噪比均值和信噪比方差，并建立包括所有该节点B的向量表，该向量表包括所有该节点B的标识、剩余能耗、信噪比均值和信噪比方差，该节点A进入被动接收状态；反之则该节点A持续广播该握手数据包；

主动发包步骤，当该节点A进入主动发包状态后广播握手报文，至少一个可通信的该节点B接收到该握手报文并回复确认报文，该节点A接收到该确认报文后，通过该节点A的向量表获得该些节点B的信道质量评估值，以该信道质量评估值中最大值对应的该节点B为下一跳的转发节点，将该转发节点的标识、剩余能耗及信噪比均值和信噪比方差加入评估数据包，广播该评估数据包后，该节点A进入被动接收状态；