CN109873677B - 一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，包括：数据包发送节点根据邻居节点的深度差与分组送达率对n个候选节点进行降序排序；按照上述排序将第1个节点加入候选集并计算能量消耗E₁，然后将第2个节点加入候选集并计算能量消耗E₂，如果E₁＜E₂，则选择由第1个节点构成的候选集为最优候选集；否则，将第3个节点加入候选集中并计算能量消耗E₃，如果E₂<E₃，则选择由第1和第2节点构成的候选集为最优候选集，否则将第4个节点加入候选集并计算能量消耗E₄，并将E₄与E₃进行比较，以此类推，直到形成最优候选集；根据上述形成的最优候选集发送数据包。本发明根据能量消耗计算出最优候选集，能减少能量消耗，延长网络生命周期。

Description

一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法

技术领域

本发明涉及一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，属于水声传感器网络、水声路由协议技术领域。

背景技术

随着陆上资源的逐渐消耗，研究学者们开始重视海洋资源的开发和利用。然而，由于海洋的覆盖面积巨大并且水下环境恶劣，传统探索陆上的方法已经不适用海洋区域的研究，为了完成海洋恶劣环境下的探索任务，水声传感器网络(Underwater Acoustic SensorNetworks，UASNs)技术得到了研究人员的高度重视和广泛研究。

UASNs使用水声信道进行通信，水声信道具有低带宽、高延迟、高误码率等特点，使得水声网络设计面临着严峻的考验。如髙误码率会导致数据包重传率提高，降低网络性能。机会路由协议充分利用广播特性，减少网络中数据分组重传的可能性。

机会路由协议在发送数据包时选择多个节点形成候选集，候选集中节点通过深度、距离、跳数等确定最佳转发节点转发数据包，成功转发会抑制其余候选节点转发，提高了传输可靠性和吞吐量。但是机会路由协议在形成候选集时，并未考虑候选集节点个数对能量消耗带来的影响。

本发明针对上述问题提出了一种节能的UASNs机会路由候选集生成优化算法，在保证可靠性的同时，减少能量消耗，延长网络寿命。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种节能的水声传感器网络机会路由候选集生成方法，适用于多个候选节点，在候选集形成阶段，数据包发送节点根据能量消耗计算出最优候选集，以减少能量消耗，延长网络生命周期。

为解决上述技术问题，本发明提供一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，包括以下步骤：

步骤1：数据包发送节点根据邻居节点的深度差与分组送达率对n个候选节点进行降序排序；

步骤2：E_k表示由前k个节点构成的候选集的能量消耗，1<k≤n；按照步骤1的排序将第1个节点加入候选集并计算候选集的能量消耗E₁，然后将第2个节点加入候选集并计算此时候选集的能量消耗E₂，如果E₁＜E₂，则选择由第1个节点构成的候选集为最优候选集；

否则，将第3个节点加入候选集中并计算此时候选集的能量消耗E₃，如果E₂<E₃，则选择由第1个节点和第2个节点构成的候选集为最优候选集，否则将第4个节点加入候选集并计算此时候选集的能量消耗E₄，并将E₄与E₃进行比较，以此类推，直到形成包含部分节点的最优候选集或包含n个候选节点的最优候选集；

步骤3：根据步骤2中形成的最优候选集发送数据包。

本发明还包括：

1.步骤2中选择最优候选集条件为：E_k-1＜E_k或候选集包含n个节点，其中，1<k≤n，n表示候选节点个数。

2.步骤2中所述由前k个节点构成的候选集的能量消耗E_k，1<k≤n，满足：

E_k＝α_k*E_T+k*E_R

其中α_k表示数据包对于由前k个节点构成的候选集的重传次数，E_T表示发送数据包消耗的能量，E_R表示接收数据包消耗的能量。

本发明有益效果：本发明提供了一种节能的UASNs机会路由候选集生成优化算法，根据能量消耗计算出最优候选集，以减少能量消耗，延长网络生命周期。

附图说明

图1是本发明实施例提供的节能的UASNs机会路由候选集生成优化算法的示意图。

图2是本发明实施例提供的节能的UASNs机会路由候选集生成优化算法的流程图。

具体实施方式

下面结合实例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

本发明包括以下步骤：

步骤1：数据包发送节点综合考虑邻居节点的深度差与分组送达率对候选节点进行排序。

步骤2：按序将第1个节点加入候选集并计算能量消耗，然后将第2个节点加入候选集并计算能量消耗，如果前者能耗小于后者，则选择前者为最优候选集；否则，将第3个节点加入候选集中计算能量消耗，并与前2个节点形成的候选集能量消耗进行比较，以此类推，直到形成最优候选集或所有候选节点加入候选集中。

步骤3：根据步骤2中形成的最优候选集发送数据包。

步骤2中，形成最优候选集条件为：E_k-1＜E_k(1<k≤n)或候选集包含n个节点，其中，E_k表示前k个节点加入候选集的能量消耗，n表示候选节点个数。

步骤2中，计算能量消耗E_k的公式为：E_k＝α_k*E_T+k*E_R

其中α_k表示数据包对于前k个节点形成的候选集的重传次数，E_T表示发送数据包消耗的能量，E_R表示接收数据包消耗的能量。

图1为本发明实施例提供的节能的UASNs机会路由候选集生成优化算法的示意图，本实施例公开了一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，如图2所示，具体包括下述步骤：

步骤1：数据包发送节点S_i计算候选节点C_j的优化规范化值

表示S_i与C_j的深度差，r是节点传输半径，

表示S_i与C_j的数据成功分组送达率。

步骤2：根据

对C_j降序排序。

步骤3：初始化k＝1，E_min＝0。其中k为循环变量，E_min为记录能量最小值的中间变量。

步骤4：若k≤n，转步骤5；否则，最优候选集包含n个节点，n为所有候选节点个数。

步骤5：按步骤2中排序将第k个节点加入候选集并计算能量消耗E_k：

E_k＝α_k*E_T+k*E_R

其中α_k表示数据包对于前k个节点形成的候选集的重传次数，E_T表示发送数据包消耗的能量，E_R表示接收数据包消耗的能量。

步骤6：若k＝＝1或E_min＞E_k，令E_min＝E_k，k自增，转步骤4；否则，最优候选集包含前k-1个节点。

步骤7：根据最优候选集发送数据包。

结合图1来具体说明，节能的UASNs机会路由候选集生成优化算法包括以下步骤：

步骤1：数据包发送节点J计算其9个候选节点的优化规范化值N_G，N_B，N_D，N_F，N_E，N_I，N_A，N_C，N_H。

步骤2：对上述计算结果进行降序排序，假设排序后的结果为N_H，N_C，N_A，N_I，N_F，N_D，N_B，N_G，N_E，即候选节点的排序结果为H，C，A，I，F，D，B，G，E。

步骤3：初始化k＝1，其中k为循环变量。

步骤4：若k≤9，转步骤5；否则，选择9个节点为最优候选集。

步骤5：按序将第k个节点加入候选集并计算能量消耗E_k。

步骤6：若k＝＝1或E_min＞E_k，令E_min＝E_k，k自增，转步骤4；否则，最优候选集包含前k-1个节点。

步骤7：根据最优候选集发送数据包。

在本实施例中我们假定当k＝5时E_min＜E₅，因此最优候选集包含前4个节点H，C，A，I。

Claims (3)

1.一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：数据包发送节点根据邻居节点的深度差与分组送达率对n个候选节点进行降序排序：数据包发送节点S_i计算候选节点C_j的优化规范化值

满足：

表示S_i与C_j的深度差，r是节点传输半径，

表示S_i与C_j的数据成功分组送达率，根据

对候选节点进行降序排序；

步骤2：E_k表示由前k个节点构成的候选集的能量消耗，1<k≤n；按照步骤1的排序将第1个节点加入候选集并计算候选集的能量消耗E₁，然后将第2个节点加入候选集并计算此时候选集的能量消耗E₂，如果E₁＜E₂，则选择由第1个节点构成的候选集为最优候选集；

否则，将第3个节点加入候选集中并计算此时候选集的能量消耗E₃，如果E₂<E₃，则选择由第1个节点和第2个节点构成的候选集为最优候选集，否则将第4个节点加入候选集并计算此时候选集的能量消耗E₄，并将E₄与E₃进行比较，以此类推，直到形成包含部分节点的最优候选集或包含n个候选节点的最优候选集；

步骤3：根据步骤2中形成的最优候选集发送数据包。

2.根据权利要求1所述的一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，其特征在于：步骤2中选择最优候选集条件为：E_k-1＜E_k或候选集包含n个节点，其中，1<k≤n，n表示候选节点个数。

3.根据权利要求1所述的一种水声传感器网络机会路由候选集生成方法，其特征在于：步骤2中所述由前k个节点构成的候选集的能量消耗E_k，1<k≤n，满足：

E_k＝α_k*E_T+k*E_R

其中α_k表示数据包对于由前k个节点构成的候选集的重传次数，E_T表示发送数据包消耗的能量，E_R表示接收数据包消耗的能量。

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