[发明专利]水下动态环境中考虑时延和AUV能耗的混合数据搜集方法

说明书

水下动态环境中考虑时延和AUV能耗的混合数据搜集方法，在运用多跳路由传输方式和AUV信息搜集方式的混合数据搜集过程中，考虑到水声环境导致的节点移动、数据传输过程的时间损耗以及AUV行驶的能量损耗，对多跳过程中的下一跳节点选择和AUV路径规划进行优化。在多跳传输进行路由选择时，下一跳节点可能处于数据传输过程中，将该情况作为选择下一跳节点的影响因素之一，以减少时间损耗；在AUV路径规划过程时，在遗传算法中加入不同层之间AUV的相互影响，让下层AUV将数据传递给上层AUV，避免所有AUV都需到达Sink节点的情况；所考虑的水下场景是动态变化的，更符合实际海洋环境。能够有效减少时延以及AUV能量损耗。

技术领域

本发明涉及水声网络，尤其是涉及一种水下动态环境中考虑时延和AUV能耗的混合数据搜集方法。

背景技术

随着人类对海洋探索的不断深入，建立水下通信网络，获取海洋中的信息有着重要的研究意义。由于声信号在海洋环境中衰减缓慢的优点，建立水下声学传感器网络(UASNs)进行数据搜集和信号传输是一种有效的实现途径。在进行水下数据搜集时，常用的有多跳路由传输和自主水下航行器(AUV)搜集两种方式。多跳路由传输方式存在能耗不均衡的问题，而AUV数据搜集存在遍历时间长的问题，对于应急数据的传输不够及时。

设计一种高效的水下数据搜集方法对于准确获取海洋信息十分重要。在过去几年中，S.K.Durandher等人(S.K.Durandher,M.S.Obaidat,S.Goel,et al,“Optimizingenergythrough parabola based routing in underwater sensor networks,”in Proc.IEEEGlobal Telecommun.Conf.,Houston,TX,USA,2011)提出一种基于抛物线的路由算法，通过获取节点的位置信息来保证所选节点最佳，考虑了节点的能耗以及端到端的延迟。但是，多跳传输方式导致的能耗不均衡问题没有得到解决。G.Han等人(G.Han,X.Long,C.Zhu,etal,“An AUV location prediction-based data collection scheme for underwaterwireless sensor networks,”IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.68,no.6,pp.6037–6049,Jun.2019)提出采用AUV进行数据搜集的方案，预定义了AUV的轨迹，靠近轨迹的节点直接将数据发送到AUV，而其他节点则将数据发送到更靠近轨迹的邻居，并且通过周期性调整轨迹以避免能量不均衡问题，有效延长了网络寿命。但是该方法的路径选择依据在于能耗，没有考虑时间损耗的问题。Z.Liu等人(Z.Liu,X.Meng,Y.Liu,etal,“AUV-Aided Hybrid DataCollection Scheme Based on Value of Information for Internet of UnderwaterThings,”IEEE Internetofthingsjournal,vol.9,no.9,pp.6944-6955,May.2022)提出一种AUV辅助的混合数据搜集方案HDCS，通过多跳传输方式搜集紧急数据，而对于对时间不敏感的数据则采用较慢的AUV搜集并传输，有效减少了紧急数据的时间损耗，也缓解了多跳造成的能耗不均。但是该方法中多跳传输时的下一跳节点选择没有考虑节点状态造成的时间损耗，在AUV搜集时能耗也较大，并且该方法考虑的场景为静态，不符合实际水下场景。

可以看出，尽管目前已有相关文献将AUV数据搜集方式和多跳传输方式进行结合，但设计的场景与水下节点的实际状态不符合。并且在下一跳节点选择和AUV路径损耗方面仍可以进一步优化，以减少时间损耗和路径损耗。因此，本发明将在此混合数据搜集方案的基础上进一步优化。

发明内容

本发明的目的在于提供能够降低多跳传输时的时间损耗，并且可以有效减少AUV搜集时AUV路径损耗水下动态环境中考虑时延和AUV能耗的混合数据搜集方法。

本发明包括以下步骤：