[发明专利]一种水下无线多跳网络拓扑发现方法

说明书

本发明提供了一种水下无线多跳网络拓扑发现方法，使全网络节点在自主分配节点ID的同时，能够以低的时延和开销完成拓扑发现，每个节点获得其自身ID和网络中的所有相关链路信息。本发明自主分配节点ID的拓扑发现方法解决了网络拓扑发现过程中存在的布放之前要确定好节点ID的问题，有效避免了获取完整拓扑信息开销大的问题，能够在网络随机布放后快速完成网络的建立，为网络后续正常工作提供基础，方法简单有效，操作实施简单，具有可实施性，具有较低的开销和能耗，有利于延长整个网络的生存期。

技术领域

本发明涉及自组织无线传感器网络技术领域，尤其是一种水下网络拓扑发现方法，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

网络拓扑发现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，因此需要进行网络拓扑发现过程，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。有效的网络拓扑发现方法有利于形成良好的最初网络拓扑结构，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。现已提出的水下网络拓扑发现方法大致可分为两类：基于分布式网络拓扑发现和基于分层式网络拓扑发现。

基于分布式网络拓扑发现，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拓扑发现过程，进入后台运行状态。这种方法节点ID自主分配，但是完成拓扑发现的开销较大，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。

基于分层式网络拓扑发现，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。这种方法的节点ID必须是已知的，灵活性和可拓展性差。

就目前收集到的资料来看，国外对水下无线多跳网络拓扑发现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。由于水声信道传播时延大，并且布放于水下的传感器节点的能量有限等一些特点，使得无线网络中的拓扑发现技术不能直接地应用于水下。为此，设计出一种能够自主分配节点ID，开销较小，复杂度低的水下多跳网络集中式的拓扑发现方法迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种水下无线多跳网络拓扑发现方法，考虑到水下多跳网络时延大和能量有限的特点，为了克服现有方法中网络拓扑发现算法中节点ID需要在布放之前就已知或者节点ID分配算法开销大的问题，有效降低拓扑发现过程中的开销，提出一种高效的自主分配节点ID的水下无线多跳网络的拓扑发现方法。本发明使全网络节点在自主分配节点ID的同时，能够以低的时延和开销完成拓扑发现，每个节点获得其自身ID和网络中的所有相关链路信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：

步骤1：G＝(V，L)为待发现网络，G是一个多跳网络，其中V表示该网络中的所有节点集合，L表示网络中所有链路的集合，本发明采用树形拓扑结构来完成未知网络的拓扑发现和ID分配；