[发明专利]基于水下无线传感网络的能量平衡和深度控制的路由协议

说明书

本发明公开了一种基于水下无线传感网络的能量平衡和深度控制的路由协议包括步骤1，网络初始化阶段：根据传感节点及sink节点的地理位置，分别计算和比较传感节点及其邻居节点与各自相对应最近的sink节点之间的欧氏距离Ds，构建出转发节点候选列表；步骤2，数据转发阶段：传感节点收集数据并转发给自己的转发节点，转发节点接收数据包并发送给自身的转发节点，最终传递到sink节点；步骤3，节点替换阶段：传感节点依据其ID与数据包转发方ID相同的原则，转发数据包并将数据包转发方添加到子节点列表中；当传感节点的能量消耗大于预定的阈值时，该传感节点执行节点替换策略，从子节点列表中选择替换节点并调整其深度以替代该传感节点的转发功能。

技术领域

本发明属于水下无线传感网络领域，尤其涉及一种基于水下无线传感网络的能量平衡和深度控制的路由协议。

背景技术

随着海洋探索与研究的不断深入，水下无线传感网络(UWSN)越来越受到关注。水下传感网络有着极其广泛的应用，通过布置大量的传感节点，实现军事监测、地震监测、污染监测、辅助导航等功能。

水下无线传感网络包含大量的传感节点和汇聚(sink)节点。通常汇聚(sink)节点部署在水面上，而传感节点部署在水下不同的位置上。传感节点从周围环境收集有用的数据，接收来自其他节点的数据，并通过多跳的方式将数据传输给水面上的汇聚(sink)节点。最后，汇聚(sink)节点再将收集到的数据通过卫星通讯等方式传输到数据中心。

由于无线电信号在水下衰减快，水下传感节点通常使用声波进行数据传输。而声波有着传输延迟高、信噪比高、带宽低等特点，因此基于地上无线传感器网络的路由协议并不适合水下传感网络。

在水下无线传感网络中，传感节点的电池容量有限，更换电池难度大且费用高，因此提高网络生存时间是一个重要的问题。由于每个传感节点转发的数据量不同，导致传感节点的能量消耗不均匀，大大影响了网络生存时间，因此均衡传感节点之间的能量消耗是提高网络生存时间的重要方法之一。

目前有学者提出了在节点在转发数据时根据其邻居节点的剩余能量选择下一跳的算法，实现其邻居节点的能量均衡并提高网络生存时间，但是并没有考虑到离汇聚节点近的节点(上层节点)与离汇聚节点远的节点(下层节点)之间的能量均衡。离汇聚节点近的节点有更多的数据需要转发，能耗比离汇聚节点远的节点更大，这种能耗不均匀降低了网络生存的时间。

综上所述，亟需一种基于水下无线传感网络的能量平衡和深度控制的路由协议。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于水下无线传感网络的能量平衡和深度控制的路由协议，其以解决水下传感网络中节点能量消耗不均的问题，提高网络的生存时间，使水下传感网络能够长时间得进行赋予给它的任务。

本发明实施例提供了一种基于水下无线传感网络的能量平衡和深度控制的路由协议，包括：

步骤1，网络初始化阶段：

根据传感节点及sink节点的地理位置，分别计算和比较传感节点及其邻居节点与各自相对应最近的sink节点之间的欧氏距离Ds，构建出转发节点候选列表；

步骤2，数据转发阶段：

传感节点收集数据并转发给自己的转发节点，转发节点接收数据包并发送给自身的转发节点，最终传递到sink节点；其中，转发节点选取原则为：首先，每个传感节点从转发节点候选列表中选择具有最小欧氏距离Ds的邻居节点作为其转发节点；之后，选择具有最大剩余能量的邻居节点作为其转发节点；

步骤3，节点替换阶段：

传感节点依据其ID与数据包转发方ID相同的原则，转发数据包并将数据包转发方添加到子节点列表中；当传感节点的能量消耗大于预定的阈值时，该传感节点执行节点替换策略，从子节点列表中选择替换节点并调整其深度以替代该传感节点的转发功能。