[发明专利]一种实用水声协作探测网络节点功率分配优化方法

说明书

一种实用水声协作探测网络节点功率分配优化方法，涉及水下通信。利用移动的深潜器或通信节点作为中继节点，增加水下固定源节点与水面目的节点之间的有效通信距离，提高水声协作通信的可靠性，且通过移动中继节点在水中的位置，可控制各水下固定源节点的信号发射功率，使各水下源节点的能量消耗较为均衡。此外，提出的水声协作探测网络节点功率分配优化方法，在使系统功率得到优化的同时，可使系统整体的中断概率最小化。水下可移动中继节点和水面目的节点的能量供给较为充分，暂不考虑对其进行功率控制。

技术领域

本发明涉及水下通信，尤其是涉及一种实用水声协作探测网络节点功率分配优化方法。

背景技术

近年来，随着海洋环境监测、海洋相关数据采集、海上灾害预报、导航协助等海洋产业以及海洋工程作业等项目的展开，人们对水下通信技术的需求越来越高。

水下通信的环境条件十分恶劣，作为目前公认的最复杂的无线通信信道之一，水声信道的相关参数具有随机时空频变的特性；同时，水下噪声干扰较强，传输带宽受到限制，且声波在水中传播还具有很强的多途效应、很长的传输时延。因此，为提高水声通信性能，常利用协作通信技术。与直接传输相比，水声协作通信技术利用中继节点进行传输具有可获得分集增益、抵抗各种衰落等优点，还可以达到降低系统能量消耗的目的。

利用协作通信将一定数量的水声通信节点布放至水下，可以构建一定规模的水声协作探测网络。但由于水下节点的能量供给受限问题较为严重，且设备更换成本和操作复杂度较高。因此，需要对水声协作探测网络各水下源节点的发射功率进行优化，提升系统整体的资源利用率。此外，对各水下源节点进行功率优化还可提高协作通信系统的传输速率、中断概率等传输性能。

目前，国内外有关水声协作探测网络节点功率分配的研究及专利较少。东南大学提出一种针对带有无线充电的水声中继通信系统的系统能效优化资源分配方法，从能效最优的角度出发，设计一种联合分配充电时隙和发射功率的方案(东南大学.水声协作通信系统能效最大准则功率和充电时间分配方法:中国,201610766555.6[P].2017-10-16)。燕山大学提出一种针对多中继协作的认知水声系统，在该系统中分布有若干个水下固定认知监测节点，这些节点可相互作为协作中继与水面认知基站进行通信，并利用遗传算法进行中继选择和功率优化，以延长网络生存时间(燕山大学.一种多中继协作的认知水声系统中继选择和功率优化方法:中国,201710248010.0[P].2017-10-16)。

发明内容

本发明目的在于提供可通过控制水下源节点的信号发射功率，达到提高水声协作探测网络资源利用率，降低功率消耗、延长使用寿命并提升传输性能的一种实用水声协作探测网络节点功率分配优化方法。

本发明包括以下步骤：

1)在海底分布有N个水下固定源节点，并等分为L个区域，每个区域均存在K＝N/L个水下固定源节点，并在水中投放一台深潜器或可移动的通信节点作为中继节点，协助海上船只或基站等水面目的节点与海底水声网络源节点之间进行通信，构成水声协作探测网络；在所述水声协作控制网络中，中继节点的有效通信范围内存在的水下源节点始终不超过三个，且各节点均以半双工的方式工作；

在步骤1)中，所述海底可在浅海某一海域的海底。

2)当水中可移动的中继节点移动至水下源节点所分布海域内的某一区域时，开始尝试与区域内的水下源节点进行训练序列传输；在测试阶段，区域内的各水下源节点将剩余能量信息发送给中继节点；

3)若区域内各水下源节点无法与中继节点进行正常通信，则使中继节点移动至海域的其他区域，重复步骤2)，直至达到目标尝试次数或者区域内各水下源节点能与中继节点保持正常通信为止；

4)若到步骤3)为止，各水下源节点仍然无法与中继节点进行正常通信，则定义本次通信失败；