[发明专利]基于Dirichlet顶点的水下AUV路径形成方法

说明书

本发明公开了一种基于Dirichlet顶点的水下AUV路径形成方法，其步骤包括：1生成Dirichlet结构的AUV数据收集点；2描述Dirichlet顶点对传感器节点的支配关系；3采用支配集理论约简AUV数据收集点；4得到优化路径。本发明能在保证完整收集全网数据的基础上，可缩减移动路径长度，从而能降低网络能耗，提高水下AUV移动速率，形成优化路径。

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，具体地说是一种基于Dirichlet顶点的水下AUV路径形成方法。

背景技术

水下传感器网络数据收集与陆地传感器网络数据收集相比具有特殊性：

1、水下环境具有三维特性；

2、传感器节点稀疏布置，即节点间距离通常大于节点通信半径，难以通过节点间的多跳路由汇聚数据。

3、水下声学通信，节点通信能耗主要取决于数据传输距离。

4、传感器节点能量受限。

5、水下环境动态性强。

以上特性使得水下传感器网络的数据收集更复杂，难度更大，且陆地传感器网络的相关方法无法直接应用于水下。

目前，水下传感器网络中AUV辅助的数据收集方法的研究分为三类：

(1)AUV遍历传感器节点的方法：

水下航行器AUV通过视觉测距和颜色对象识别法来完成对水下传感器节点的发现、定位和遍历。AUV在初始时规划一条能够遍历监测区域的路径，在航行过程中利用自身携带的摄像机拍摄并识别视线范围内的水下传感器节点，每次只访问一个水下传感器节点，贪婪地选择能使目标函数最大化的水下传感器节点作为航行目标，不断修正航行轨迹以完成对水下传感器节点的数据收集。

(2)AUV遍历簇头的方法：

水下航行器AUV将水下传感器网络分为多个子网结构，每个子网内都有一个网关节点，即最大独立集中的节点，也称簇头节点。水下传感器节点以直接传输的方式，或者以多跳路由的方式将数据传输至簇头节点，簇头节点将数据发给正在靠近的水下航行器AUV，动态控制水下航行器AUV的移动，周期性地访问簇头节点以收集数据，并在经过基站时将所有数据发送至通信基站。

(3)AUV遍历空间子区域的方法。

水下传感器网络划分成多个三维参考区域，水下航行器AUV沿着提前规划的轨迹移动，依次在各个三位区域中收集其中的水下传感器节点数据。数据收集策略包含两个阶段：第一个阶段是水下航行器AUV收集三位区域中水下传感器节点的数据；第二个阶段是唤醒下一个三维空间中的水下传感器节点。

在上述方法中，将簇头节点作为水下航行器AUV数据收集点的方法在实际应用中存在局限；将水下传感器节点作为水下航行器AUV数据收集点的方法容易导致其移动路径长度难以缩减，同时在水下传感器节点数较大的情况下，水下航行器AUV的路径规划成为一个较为困难的问题，将空间子区域作为水下航行器AUV数据收集点的方法对子区域的划分缺乏依据。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于三维Dirichlet顶点的水下AUV路径形成方法，以期能使水下航行器AUV在稀疏的水下传感器网络中高效地移动，同时在保证完整收集全网水下传感器数据的基础上，缩减移动路径长度，降低能耗，从而提高移动效率。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于Dirichlet顶点的水下AUV路径形成方法的特点是应用于由水面通信基站、水下航行器AUV、n个水下传感器节点所组成的水下监测网络中，并按如下步骤形成水下AUV路径：