CN111328096B - 自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下传感器网络技术领域，特别涉及一种自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，通过空洞检测阶段和数据传输阶段解决路由空洞问题，其中，空洞检测阶段有效检测空洞节点和陷阱节点，在不增加额外开销时发现路由空洞，进而降低网络时延；在数据传输阶段，AUV每一轮数据收集都依据路由空洞的位置设计航行轨迹，轨迹附近的节点直接将数据发送给AUV，距离轨迹较远的节点通过机会路由转发数据，以适应水下环境变化的多样性，提高数据传输性能，实现网络空洞修复；本发明适用于在水下环境中，自主水下航行器移动收集数据时采用的路由空洞修复策略，对大范围海域的探测、环境的考察和研究均具有积极的意义。

Description

自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法

技术领域

本发明属于水下传感器网络技术领域，特别是涉及一种自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法。

背景技术

随着陆地资源的减少，人们越来越重视水下资源的开发。水下传感器网络(underwater sensor networks，UWSNs)广泛应用于军事防御、水下环境监测、灾害预防等领域。与无线传感器网络相比，UWSNs通过水声信道进行通信，节点部署相对稀疏，电池充电难度大且费用高。在水下环境恶劣的情况下，UWSNs面临可用带宽窄、部署成本高、节点能量受限等诸多挑战。节点分布不均匀和转发节点选择不恰当，使得节点在通信范围内找不到继续转发数据的邻居节点，从而产生路由空洞。路由空洞的产生使数据转发失败，导致UWSNs传输时延大、通信误码率高和网络可靠性低。因此，研究一种高效的解决路由空洞问题的方法来提高UWSNs通信效率至关重要。

现有研究者在UWSNs路由空洞方面已取得一定的成果。NOH Y等人提出路由空洞感知协议(void-aware pressure routing protocol,VAPR)，数据沿着定向路径传输到水面的声呐浮标，定向路径由声呐浮标广播的信标消息(序列号、跳数和深度信息)确定，当节点接收到信标消息时，VAPR根据发送方的深度位置更新其传输方向，并通过周期性信标检测空洞节点。当网络中出现路由空洞时，VAPR通过最多保存两跳邻居节点的信息绕开路由空洞，而数据只根据定向路径向上或向下转发，导致网络开销较大。AL-BZOOR M等人提出自适应功率控制协议(adaptive power controlled routing for UWSNs，APCR)，节点被部署到以声呐浮标为中心的同心层，源节点的数据被转发到距离声呐浮标最近一层的节点，直到数据传输到声呐浮标。节点采用自适应发送功率控制，在网络稀疏时提高发送功率，保证网络的连通性；在网络密集时降低发送功率，从而避免路由空洞。然而，传输功率的增加导致网络成本增加，空洞区域的扩大导致数据发生冲突。Coutinho R W L等人提出基于深度调整的路由协议(geographic and opportunistic routing protocol with depthadjustment,GEDAR)，GEDAR基于地理和机会路由中深度调整的拓扑控制，通过贪婪机会转发机制将数据转发到目的节点，利用节点的深度调整将空洞节点移动到新的深度位置，以便节点快速恢复贪婪转发，但移动空洞节点的能量成本较高。

目前，水下路由空洞协议只针对空洞节点设计了路由策略，忽略了导致UWSNs出现路由空洞的陷阱节点，通过陷阱节点转发数据，最终会使数据陷入路由空洞。若在数据传输时提前检测网络中的陷阱节点和空洞节点，并利用自主水下航行器(autonomousunderwater vehicle，AUV)的自主移动性，直接在路由空洞区域收集数据，可有效提高数据传输性能，均衡网络能耗。但目前尚未发现自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法等方面的报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于研究一种自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法。

为了达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，包括以下步骤：

步骤S1：空洞检测阶段：构建网络模型,普通节点从周围环境采集数据，检测空洞节点和陷阱节点，通过多跳声通信将数据发送到声呐浮标，声呐浮标通过无线链路或卫星将数据传输到监测中心进行数据分析；

步骤S2：数据传输阶段：当普通节点在通信范围内出现路由空洞时，AUV根据空洞节点和陷阱节点的位置设计航行轨迹，并直接从轨迹附近的节点收集数据，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略将数据发送给声呐浮标；当普通节点在路由路径上突然出现通信故障时，AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮航行轨迹将移动在该空洞区域，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复；

步骤S3：重复步骤S1和步骤S2，直到数据被成功传输到水面的声呐浮标，即路由空洞修复完成。

上述技术方案中，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤1.1：检测空洞节点：每个普通节点设置空洞检测计时器，等待深度低于自身的邻居节点发送消息包，该包包括邻居节点的ID、位置坐标和当前状态，在失效时间内，若普通节点接收到深度低于自身的邻居节点发送的消息包，该节点将重置其空洞检测计时器；否则，该节点为空洞节点；

步骤1.2：识别陷阱节点：空洞节点向下游路径的每个普通节点广播消息包，该包包括空洞节点的ID、位置坐标和当前状态，普通节点接收到消息包后，首先更新自身的邻居表，并检查该表中是否有其他深度低于自身的邻居节点，若邻居表中不包含除空洞节点之外的其他深度较低节点，则该普通节点为陷阱节点；

步骤1.3：重复步骤1.2，当空洞节点检测到局部区域中的所有陷阱节点时，此过程停止；

步骤1.4：重复步骤1.1和步骤1.2，检测到网络中不同位置的所有空洞节点和陷阱节点，从而确定AUV的航行轨迹范围。

上述技术方案中，所述空洞检测计时器的失效时间定义为：

式中，T_tra是消息包传输时间，T_pro为消息包处理时间，

表示第1个至第x个节点的时延差之和。

上述技术方案中，所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤2.1：在设计AUV航行轨迹时，AUV依据空洞节点和陷阱节点的位置确定航行区域，并沿着螺旋状的运动轨迹在网络中航行。轨迹内的空洞节点和陷阱节点直接将数据发送给AUV，轨迹附近的普通节点则通过AUV的预定轨迹和航行速度，随时预测AUV的位置，为保证普通节点与AUV的可靠通信，普通节点与AUV的最小距离应小于或等于通信可靠距离d_rel；

步骤2.2：在避免空洞节点和陷阱节点的路径上，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略转发数据，普通节点基于与邻居表中候选节点的距离和剩余能量引入转发因子F_c，通过F_c对候选节点进行传输优先级排序，F_c越大的节点优先级越高，优先级最高的节点为下一跳转发节点，从而避免数据冲突，均衡能量消耗；

步骤2.3：由于水流运动、节点能耗不平衡、通信误码率高等原因，导致机会路由路径上的普通节点在数据传输突然出现通信故障，使当前节点变为空洞节点，此时，普通节点向通信范围内的邻居节点广播空洞消息包，以避免节点的数据丢失，空洞消息包被进一步传播到AUV，AUV接收到该包后，优先标记该空洞节点，使得当AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮数据收集的航行轨迹将部署在该空洞区域内，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复。

上述技术方案中，所述普通节点与AUV的最小距离应小于或等于通信可靠距离d_rel的确定方法为：

AUV从A₁处出发，航行T时间后到达A₂，则AUV的航行轨迹所对应的直线距离d(A₁,A₂)为

式中，V_AUV为AUV的航行速度，ρ为AUV所经过的圆的半径，ω为AUV的角速度，V_ver为AUV的垂直速度，则AUV的通信可靠距离d_rel为

式中，R_c是普通节点的通信范围，点o是直线A₁A₂的中点，d(o,A₁)表示点o到点A₁的距离；

在圆柱坐标系中，假设任意普通节点n的坐标为

AUV的坐标为

则节点n与AUV之间的距离d(n,AUV)为

式中，

与

分别表示普通节点n和AUV在平面上的投影到坐标原点(即声呐浮标s)的距离、投影点的方位角(即在投影在平面极坐标系中的位置)以及该点离原点所在平面的距离；

在t时刻，AUV的坐标

为

式中，H为AUV航行的深度，

表示AUV向下航行，

表示AUV向水面移动。因此，在t时刻，普通节点n与AUV之间的距离d(n,AUV)(t)为

对式(6)取平方并求导得

当式(7)等于0时，即可取得普通节点n与AUV的最小距离d_min(n,AUV)，因此，只有当d_min(n,AUV)≤d_rel时，普通节点为AUV轨迹附近的节点，该节点将数据直接发送给AUV；否则，该节点距离AUV轨迹较远。

上述技术方案中，所述转发因子F_c为

式中，α∈[0,1]表示距离与能量指标的权重，值取0.6；d(n,s)表示普通节点n与声呐浮标s的距离，d(c,s)表示候选节点c与声呐浮标s的距离，E_res和E_init分别为候选节点的剩余能量和初始能量。

本发明提供的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法具有如下优点：(1)空洞检测阶段，本发明通过空洞检测阶段有效识别空洞节点和陷阱节点，每个普通节点通过设置空洞检测计时器检测空洞节点，空洞节点通过消息包向下广播的方式识别陷阱节点，本发明在不增加额外开销时发现路由空洞；(2)数据传输阶段，AUV根据任意区域内空洞节点和陷阱节点的位置，设计AUV航行轨迹，并直接从轨迹内的空洞节点和陷阱节点收集数据，从而解决路由空洞问题。同时，AUV轨迹附近的普通节点直接将数据发送给AUV，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略将数据发送给声呐浮标，从而避免数据冲突。当普通节点在路由路径上突然出现通信故障时，AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮航行轨迹将移动在该空洞区域，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复。

本发明适用于在水下环境中，自主水下航行器移动收集数据时采用的路由空洞修复策略，对大范围海域的探测、环境的考察和研究均具有积极的意义。

附图说明

图1是本发明的网络模型示意图。

图2是本发明的AUV运动轨迹示意图。

图3是本发明的AUV通信可靠距离示意图。

图4是本发明的等待时间协调示意图。

图5是本发明提供的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明进行详细说明。

如图5所示，本发明提供的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一、空洞检测阶段：构建如图1所示的网络模型。本发明假设三维UWSNs中部署大量的普通节点监测水下环境，普通节点从周围环境采集数据，通过多跳声通信将数据发送到声呐浮标，声呐浮标通过无线链路或卫星将数据传输到监测中心进行数据分析。当普通节点在通信范围内出现路由空洞时，AUV根据空洞节点和陷阱节点的位置设计航行轨迹，并直接从轨迹附近的节点收集数据。其中，普通节点呈离散、立体式随机分布在海洋底部，配备有限的电池、计算资源和内存，负责监测和采集水下数据，通过定位算法获取自身位置，普通节点携带的水声通信模块可与其他设备进行通信，但传输范围有限。空洞节点和陷阱节点属于普通节点，节点的当前状态是指节点在当前时刻是普通/空洞/陷阱节点。AUV作为汇聚节点，具有自主导航功能，AUV从水面监测中心出发，沿着出现路由空洞的范围内航行，直接收集空洞区域和轨迹附近普通节点的数据，并通过水声链路将监测数据传输到声呐浮标，高效灵活的AUV携带多个传感器和水声通信模块，可较好地扩展UWSNs的活动监测范围，有效提高网络通信效率。声呐浮标部署在水面作为目的节点，负责水下和陆上通信。具体包括以下步骤：

步骤1.1：检测空洞节点。在数据传输前，每个普通节点设置空洞检测计时器，等待深度低于自身的邻居节点发送消息包，该包包括邻居节点的ID、位置坐标和当前状态。在失效时间内，若普通节点接收到深度低于自身的邻居节点发送的消息包，该节点将重置其空洞检测计时器；否则，该节点为空洞节点。空洞检测计时器的失效时间T_f定义为

式中，T_tra是消息包传输时间，T_pro为消息包处理时间，

表示第1个至第x个节点的时延差之和。

步骤1.2：识别陷阱节点。空洞节点向下游路径的每个普通节点广播消息包，该包包括空洞节点的ID、位置坐标和当前状态。普通节点接收到消息包后，首先更新自身的邻居表，并检查该表中是否有其他深度低于自身的邻居节点。若邻居表中不包含除空洞节点之外的其他深度较低节点，则该普通节点为陷阱节点。

步骤1.3：重复步骤1.2，当空洞节点检测到局部区域中的所有陷阱节点时，此过程停止。

步骤1.4：重复步骤1.1和步骤1.2，本发明可检测到网络中不同位置的所有空洞节点和陷阱节点，从而确定了AUV的航行轨迹范围，由此进入数据传输阶段。

步骤二、数据传输阶段：当普通节点在通信范围内出现路由空洞时，AUV根据空洞节点和陷阱节点的位置设计航行轨迹，并直接从轨迹附近的节点收集数据，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略将数据发送给声呐浮标；当普通节点在路由路径上突然出现通信故障时，AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮航行轨迹将移动在该空洞区域，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复；在本发明中，一轮数据收集是指AUV从水面航行到网络底部，再回到水面的过程。具体步骤如下：

步骤2.1：如图2所示，在设计AUV航行轨迹时，AUV依据空洞节点和陷阱节点的位置确定航行区域，并沿着螺旋状的运动轨迹在网络中航行，轨迹内的空洞节点和陷阱节点直接将数据发送给AUV，轨迹附近的普通节点则通过AUV的预定轨迹和航行速度，随时预测AUV的位置。为保证普通节点与AUV的可靠通信，普通节点与AUV的最小距离应小于或等于通信可靠距离d_rel；

如图3所示，AUV从A₁处出发，航行T时间后到达A₂，则AUV的航行轨迹所对应的直线距离d(A₁,A₂)为

式中，V_AUV为AUV的航行速度，ρ为AUV所经过的圆的半径，ω为AUV的角速度，V_ver为AUV的垂直速度。则AUV的通信可靠距离d_rel为

式中，R_c是普通节点的通信范围，点o是直线A₁A₂的中点，d(o,A₁)表示点o到点A₁的距离。

在圆柱坐标系中，假设任意普通节点n的坐标为

AUV的坐标为

则节点n与AUV之间的距离d(n,AUV)为

式中，

与

分别表示普通节点n和AUV在平面上的投影到坐标原点(即声呐浮标s)的距离、投影点的方位角(即在投影在平面极坐标系中的位置)以及该点离原点所在平面的距离。

在t时刻，AUV的坐标

为

式中，H为AUV航行的深度，

表示AUV向下航行，

表示AUV向水面移动。因此，在t时刻，普通节点n与AUV之间的距离d(n,AUV)(t)为

对式(6)取平方并求导得

当式(7)等于0时，即可取得普通节点n与AUV的最小距离d_min(n,AUV)。因此，只有当d_min(n,AUV)≤d_rel时，普通节点为AUV轨迹附近的节点，该节点将数据直接发送给AUV；否则，该节点距离AUV轨迹较远，由此进行以下步骤。

步骤2.2：在避免空洞节点和陷阱节点的路径上，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略转发数据，普通节点基于与邻居表中候选节点的距离和剩余能量引入转发因子F_c，通过F_c对候选节点进行传输优先级排序，F_c越大的节点优先级越高，优先级最高的节点为下一跳转发节点，从而避免数据冲突，均衡能量消耗。每个候选节点的转发因子F_c为

式中，α∈[0,1]表示距离与能量指标的权重，值取0.6；d(n,s)表示普通节点n与声呐浮标s的距离，d(c,s)表示候选节点c与声呐浮标s的距离，E_res和E_init分别为候选节点的剩余能量和初始能量。由公式可得，E_res越大，且d(c,s)越小时，F_c越大，候选节点的优先级越高，其等待时间最短。即优先级高的节点率先转发数据，优先级低的节点监听到其他节点转发数据时，就会丢弃该数据，并在等待过程中监听其他节点的转发状态。因此，节点的等待时间应合理设置。若等待时间过短，低优先级节点会在其等待时间结束前转发数据，导致数据冗余；反之则会导致延时太久。

如图4所示，候选节点c₁和c₂距离发送节点n的距离相差d₁-d₂，且节点c₁和c₂之间的间距为d₁₂。所以节点c₂要监听到节点c₁转发数据，需要等待时间Δt的大小为：

式中，d₁、d₂分别是节点c₁和c₂到发送节点n的距离，d₁₂是节点c₁和c₂的间距，v是水声信号速度，则：

d₁-d₂＜R_c，且d₁₂＜R_c (10)

即：

d₁-d₂+d₁₂＜2R_c (11)

因此，当节点c₁和c₂同时作为候选节点时，低优先级节点需等待2R_c/v的时间，即低优先级节点可以监听到高优先级节点转发数据，从而避免数据冲突。

步骤2.3：由于水流运动、节点能耗不平衡、通信误码率高等原因，导致机会路由路径上的普通节点在数据传输突然出现通信故障，使当前节点变为空洞节点。此时，普通节点向通信范围内的邻居节点广播空洞消息包，以避免节点的数据丢失。空洞消息包被进一步传播到AUV，AUV接收到该包后，优先标记该空洞节点，使得当AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮数据收集的航行轨迹将部署在该空洞区域内，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复。

步骤三：重复步骤一和步骤二，直到数据被成功传输到水面的声呐浮标，即路由空洞修复完成。

本发明提供的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，通过空洞检测阶段和数据传输阶段解决路由空洞问题。其中，空洞检测阶段在数据传输前有效检测空洞节点和陷阱节点，使本发明在不增加额外开销时发现路由空洞，进而降低网络时延。在数据传输阶段，AUV每一轮数据收集都依据路由空洞的位置设计航行轨迹，以适应水下环境变化的多样性，提高数据传输性能，实现网络空洞修复；同时，轨迹附近的节点直接将数据发送给AUV，距离轨迹较远的节点在避免路由空洞的路径上通过机会路由转发数据，从而避免数据包冲突，均衡能量消耗。

Claims (5)

1.自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：空洞检测阶段：构建网络模型，普通节点从周围环境采集数据，检测空洞节点和陷阱节点，通过多跳声通信将数据发送到声呐浮标，声呐浮标通过无线链路或卫星将数据传输到监测中心进行数据分析；

步骤S2：数据传输阶段：当普通节点在通信范围内出现路由空洞时，AUV根据空洞节点和陷阱节点的位置设计航行轨迹，并直接从轨迹附近的节点收集数据，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略将数据发送给声呐浮标；当普通节点在路由路径上突然出现通信故障时，AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮航行轨迹将移动在该空洞区域，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复；

所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤2.1：在设计AUV航行轨迹时，AUV依据空洞节点和陷阱节点的位置确定航行区域，并沿着螺旋状的运动轨迹在网络中航行，轨迹内的空洞节点和陷阱节点直接将数据发送给AUV，轨迹附近的普通节点则通过AUV的预定轨迹和航行速度，随时预测AUV的位置，为保证普通节点与AUV的可靠通信，普通节点与AUV的最小距离应小于或等于通信可靠距离d_rel；

步骤2.2：在避免空洞节点和陷阱节点的路径上，距离AUV轨迹较远的普通节点通过机会路由策略转发数据，普通节点基于与邻居表中候选节点的距离和剩余能量引入转发因子F_c，通过F_c对候选节点进行传输优先级排序，F_c越大的节点优先级越高，优先级最高的节点为下一跳转发节点，从而避免数据冲突，均衡能量消耗；

步骤2.3：由于水流运动、节点能耗不平衡、通信误码率高等原因，导致机会路由路径上的普通节点在数据传输突然出现通信故障，使当前节点变为空洞节点，此时，普通节点向通信范围内的邻居节点广播空洞消息包，以避免节点的数据丢失，空洞消息包被进一步传播到AUV，AUV接收到该包后，优先标记该空洞节点，使得当AUV完成当前一轮的数据收集后，下一轮数据收集的航行轨迹将部署在该空洞区域内，以适应网络动态变化，实现网络空洞修复；

步骤S3：重复步骤S1和步骤S2，直到数据被成功传输到水面的声呐浮标，即路由空洞修复完成。

2.根据权利要求1所述的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤1.1：检测空洞节点：每个普通节点设置空洞检测计时器，等待深度低于自身的邻居节点发送消息包，该包包括邻居节点的ID、位置坐标和当前状态，在失效时间内，若普通节点接收到深度低于自身的邻居节点发送的消息包，该节点将重置其空洞检测计时器；否则，该节点为空洞节点；

步骤1.2：识别陷阱节点：空洞节点向下游路径的每个普通节点广播消息包，该包包括空洞节点的ID、位置坐标和当前状态，普通节点接收到消息包后，首先更新自身的邻居表，并检查该表中是否有其他深度低于自身的邻居节点，若邻居表中不包含除空洞节点之外的其他深度较低节点，则该普通节点为陷阱节点；

步骤1.3：重复步骤1.2，当空洞节点检测到局部区域中的所有陷阱节点时，此过程停止；

步骤1.4：重复步骤1.1和步骤1.2，检测到网络中不同位置的所有空洞节点和陷阱节点，从而确定AUV的航行轨迹范围。

3.根据权利要求2所述的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：所述空洞检测计时器的失效时间定义为：

式中，T_tra是消息包传输时间，T_pro为消息包处理时间，

表示第1个至第x个节点的时延差之和。

4.根据权利要求1所述的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：所述普通节点与AUV的最小距离应小于或等于通信可靠距离d_rel的确定方法为：

AUV从A₁处出发，航行T时间后到达A₂，则AUV的航行轨迹所对应的直线距离d(A₁,A₂)为

式中，V_AUV为AUV的航行速度，ρ为AUV所经过的圆的半径，ω为AUV的角速度，V_ver为AUV的垂直速度，则AUV的通信可靠距离d_rel为

式中，R_c是普通节点的通信范围，点o是直线A₁A₂的中点，d(o,A₁)表示点o到点A₁的距离；

在圆柱坐标系中，假设任意普通节点n的坐标为

AUV的坐标为

则节点n与AUV之间的距离d(n,AUV)为

式中，ρ_n,

z_n与ρ_A,

z_A分别表示普通节点n和AUV在平面上的投影到坐标原点即声呐浮标s的距离、投影点的方位角即在投影在平面极坐标系中的位置以及普通节点n和AUV在平面上的投影离原点所在平面的距离；

在t时刻，AUV的坐标

为

式中，H为AUV航行的深度，

表示AUV向下航行，

表示AUV向水面移动，因此，在t时刻，普通节点n与AUV之间的距离d(n,AUV)(t)为

对式(6)取平方并求导得

当式(7)等于0时，即可取得普通节点n与AUV的最小距离d_min(n,AUV)，因此，只有当d_min(n,AUV)≤d_rel时，普通节点为AUV轨迹附近的节点，该节点将数据直接发送给AUV；否则，该节点距离AUV轨迹较远。

5.根据权利要求1所述的自主水下航行器辅助的UWSNs路由空洞修复方法，其特征在于：所述转发因子F_c为

式中，α∈[0,1]表示距离与能量指标的权重，值取0.6；d(n,s)表示普通节点n与声呐浮标s的距离，d(c,s)表示候选节点c与声呐浮标s的距离，E_res和E_init分别为候选节点的剩余能量和初始能量。

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