[发明专利]一种基于分层的水声传感器网络路由协议的通信方法

说明书

本发明提供了一种基于分层的水声传感器网络路由协议的通信方法，传感器节点和sink节点的声调制解调器都检测并记录接收到的数据包能量大小，并且调整发射能量将数据包以指定能量发送出去；若传感器节点接收到传感器节点发送的数据包，传感器节点首先检测接收到的能量，然后解析数据包，得到传感器节点的节点ID和层数；然后比较层数并进行相应的通信处理。本发明网络能量开销低，传感器节点根据数据包接收能量以及父节点和兄弟节点最小能量调整发射能量，在保证传输可靠的同时降低能量开销。网络能量均衡分布，考虑传感器节点的剩余电量，将能量消耗公平地分摊到每个传感器节点上，避免优先级高的节点因负载过重、电量快速消耗而失效。

技术领域

本发明涉及水下信息技术领域，尤其是一种水声传感器网络路由协议，适合于水声传感器网络系统。

背景技术

水声信道的带宽小、传输延迟长、不稳定等不足，对水声传感器网络路由协议的设计提出了很高的要求。

在水声传感器网络路由协议中，机会路由利用了无线传输的广播特性，通过多个节点对同一数据包的接收，克服水声信道传输不可靠和链路间歇性中断的问题。机会路由协议总体可分为三类，基于地理位置的协议、基于压力信息的协议和分层协议。

基于地理位置的协议中，VBF通过在源、目的节点间架设虚拟管道限制数据包的转发区域，此协议鲁棒性好，但是能量开销较大，且没有针对通信空区问题提出解决方案；AHH-VBF协议在VBF的基础上提高了节点部署稀疏区的包投递率，减少了节点部署稠密区包的重发次数；GEDAR协议动态地在每一跳选择一组没有隐藏终端的邻节点作为下一跳中继转发节点，并且通过调整无效节点的位置来实现通信空区的恢复，保证了数据包的可靠传输，但是由于采用了基于计时器的候选节点协调机制，该协议的端到端时延较大，而且该协议中信标消息占用较多的信道带宽与能量资源。

基于压力信息的协议中，DBR协议利用节点的深度差选择下一跳候选节点，但是它没有考虑中继节点的剩余电量，也没有解决水声传感器网络中可能存在的通信空区问题；HydroCast协议依据节点的深度信息，在每跳选择一组没有隐藏终端的候选中继节点，采用在二维表面节点间泛洪的方法进行空区恢复，但是该空区恢复方法要求很大的能量开销；VARP利用节点的方向信息，避免选择无效节点作为下一跳中继节点，解决了通信空区的问题。但是在VARP中，优先级较高的节点会因频繁转发数据包而导致电量快速消耗。

分层协议中，E-PULRP协议将网络中的节点划分为不同层，动态地在每一层选取中继节点，帮助数据包传递至sink节点。由于节点的移动性，E-PULRP中的分层需要不断更新，因此造成很大的控制开销，且E-PULRP没有考虑通信空区问题。

机会路由在每跳动态地选择下一跳中继转发节点，应用于水声传感器网络时能够改进网络性能。但是现有的针对水声传感器网络的各机会路由协议都还存在一些问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于分层的水声传感器网络路由协议的通信方法。为了在保证数据包投递率的前提下，减少数据包的重发次数，实现网络中能量的均衡分布，本发明给出了一种基于分层的能量均衡水声传感器网络机会路由协议。本发明能够应用于通常的单sink水声传感器网络，

本发明包括分层和路由两部分，其中步骤1为网络分层过程，步骤2为机会路由协议。网络分层过程与机会路由协议并行运行，但网络分层过程要先于机会路由协议开始运行，先于机会路由协议的时长由网络具体部署状况决定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1：网络分层过程；

单个sink节点部署在海面，传感器节点随机部署在指定海域，传感器节点装配有各种传感器和声调制解调器，用于采集海域信息和传输数据；sink节点装配有同类型的声调制解调器；传感器节点将数据包通过多跳传输至sink节点，即认为传递完成；