[发明专利]一种基于深度调节的水声传感器网络节点部署方法

说明书

本发明涉及一种基于深度调节的水声传感器网络节点部署方法，包括下列的步骤：在监测区域的水面上播撒个传感器节点，这些传感器节点都装配带有绳索的浮标，能够通过改变绳索的长度来控制节点下沉的深度；个水面网关节点被部署在水面上；第一阶段，将水面上的所有传感器节点自适应地分成不同的组：首先要从所有传感器节点中选出每个节点组的中心，这些中心节点被称为首领节点；第二阶段，将覆盖重叠过大的传感器节点分离到不同深度，为每个传感器节点初步分配一个粗略的深度；第三阶段，计算出每个传感器节点的具体深度值，并让节点下沉到指定深度。

技术领域

本发明涉及一种基于深度调节的水声传感器网络节点部署方法。

背景技术

地球的表面70％以上被海洋覆盖。近年来，越来越多的国家开始重视海洋资源的开发，大力发展海洋经济，因此水声传感器网络(UASNs)已经开始引起广泛的关注，并激励更多的研究人员在这一领域进行进一步的研究。UASNs在海洋数据采集、污染预测和海洋采矿等方面有着广泛的应用。在UASNs中，传感器节点之间通过声信号进行通信，其衰减比水下射频(RF)信号和光信号都要低。与传统的陆地无线传感器网络(WSNs)相比，由于传输时延长、传输时延动态变化、可用带宽低以及水流引起的节点移动性，UASNs设计更加复杂且具有挑战性。

作为UASN研究的基本任务之一，节点部署会影响到不同层中的网络服务，例如路由协议设计、 MAC协议设计、拓扑控制和边界检测等。此外，节点部署会直接影响网络的连通性和覆盖度。因此，好的节点部署设计能够提高网络的性能。与陆地上的WSNs相比，UASNs在节点部署方面存在许多区别。首先，传统WSNs多为二维网络，而UASNs需要在水下三维空间中对节点进行部署；其次， UASNs多为稀疏网络，节点间的距离较大；最后，由于节点在水下难以更换电池，UASNs对于能耗的要求比陆地上的WSNs更高。此外，对于一些较为恶劣的部署环境，直接在水下对节点进行精确部署变得难以实现，节点需要进行自调节部署。节点部署有两个主要的评价指标：网络的覆盖率和连通度。这两个指标之间存在着相互制约的关系。为了保证高的连通性，传感器节点之间的距离应该尽量短，这将导致网络覆盖率降低。在设计节点部署策略时，需要在这两个指标之间进行权衡。本文提出的机制实现了网络覆盖和连通性的联合优化，在保证网络节点全连通的前提下，通过节点的深度调节来减少节点间的覆盖区域重叠体积，从而提升了网络整体的覆盖率。考虑到越靠近水面的节点需要转发的数据量越大，能耗也更高，因此需要在靠近水面的区域部署更多的节点来提高网络的寿命。

发明内容

为了解决上述提出的恶劣部署环境下水声传感器网络节点部署联合优化问题，本发明提供了一种基于深度调节的水声传感器网络节点部署策略。起初节点随机播撒在水面上，根据水下节点间在实际通信的不同感知距离和通信距离以及网络场景的大小，给出每个传感器节点的下沉深度，使得传感器网络在全连通的前提下达到更高的覆盖率。

一种基于深度调节的水声传感器网络节点部署方法，包括下列的步骤：

(1)在监测区域的水面上播撒n个传感器节点，这些传感器节点都装配带有绳索的浮标，能够通过改变绳索的长度来控制节点下沉的深度；N个水面网关节点被部署在水面上；