[发明专利]一种用于水下异构传感器网络的移动Sink路径规划方法

说明书

本发明公开了一种用于水下异构传感器网络的移动Sink路径规划方法，包括建立双层拓扑网络结构；采用适应度函数和网格法选择最优的汇聚节点布放位置；移动Sink规划最短移动路径并移动遍历所有汇聚节点；岸基监控中心通过汇聚节点上层网络向移动Sink多跳发送远程控制命令；移动Sink根据控制命令实时变更移动路径。本发明通过水声和激光通信的多模式通信方式和移动Sink的移动性来实现网络监测数据的采集和传输，可以有效的改善水下通信速率和距离矛盾的瓶颈问题。

技术领域

本发明属于传感器网络技术领域，具体的说，本发明涉及一种水下异构传感器网络，特别是涉及水下异构传感器网络中一种基于汇聚节点选择机制的移动Sink路径规划方法。

背景技术

海洋环境监测已成为许多国家经济发展和边防安全建设的一部分，构建动态立体的海洋监测与响应系统，对海洋边界区域的环境监测、应急救援、预警防卫等应用十分重要。目前海底监测主要依靠航行器，有线监测站或潜标等驻留仪器进行定期检测，这些方法十分昂贵。近些年由于水声和激光通信等水下通信的发展，使得海底监测成本变得低廉。在海底部署自组织的传感器网络节点进行监测，可以对近海进行大面积覆盖，而移动Sink(自主水下航行器AUV)可以有效地将大规模数据传输到岸基监控中心，移动Sink在传感区域移动并采集节点数据，并由于运行时间的限制，会在规定的时限内返回到基站。

但是现有水下通信方案存在一定的问题，第一，水声通信和激光通信两个主要方案都有各自障碍，其中水声通信提供长距离通信，可以实现大范围的水下传感器网络之间的组网和数据传输，如温度盐度等小量级数据，但由于带宽受限(每秒几百字节)，对于海底大量级数据的采集，如图像和视频传输，这显然不够。而激光通信可以获得高带宽连通性(高达10Mpbs)，能耗也比声通信要低2个数量级，但是通信距离只有不到10米，适合移动Sink与传感器节点间的近距离数据交换，但这种方案便需要移动Sink遍历移动到所有节点附近，导致移动Sink行驶距离过长，能耗高而导致成本过高。

第二，由于部分监测区域由于重要性程度高，需要采集图像或视频等大量级数据，其余部分区域仅需采集温度盐度等小量级数据，如何对传感网节点进行布放，兼顾不同规模数据的采集有待解决。

第三，移动Sink如何规划出最短移动路径，从而在一定时间内通过这条移动路径尽快收集到所有传感器采集的数据，也是重要问题。

第四，当网络部分区域产生突发事件时，需要移动Sink前往进行长时间的监测，或者对损坏的节点进行更换，这需要一种随时远距离通知移动Sink的方法，以便实现岸基监控中心对移动Sink的远程控制。

因此目前亟需提供一种方法能实现水下传感器网络数据的大规模快速采集，同时有效提升网络的寿命，以便使水下传感器网络在现实中得到更充分的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于水下异构传感器网络的移动Sink路径规划方法，采用水声传输和光通信混合的多模式通信方式，实现大数据量的数据传输和高速率数据传输；采用双层网络结构，设计汇聚节点最优位置，接收传感器节点采集的数据，缩短移动Sink的移动路径，降低网络能耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于水下异构传感器网络的移动Sink路径规划方法，所述的水下异构传感器网络包括密集布放在海底的水下传感器节点、稀疏布放在海底的汇聚节点、移动Sink节点和网关节点；所述的移动Sink路径规划方法包括：

1)汇聚节点位置选择：根据汇聚节点数量和汇聚节点选择的适应度函数，采用网格法来依次计算汇聚节点布放的最优位置，得到最优的汇聚节点集合的信息；移动Sink根据该信息，依次移动到相应位置来布放各汇聚节点；