CN111866984B - 一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，包括：S1、源节点S在其邻居信息表中寻找节点层级比自身节点层级小的邻居节点作为下一跳的候选转发节点，且邻居节点中没有目的节点D；S2、计算源节点S到候选转发节点Fn之间的距离
Figure DDA0002548303260000011
以及到目的节点D之间的距离dSD；S3、计算所有候选转发节点Fn的剩余能量Eren与初始能量Eie的比值，并计算出对应的转发因子，源节点S根据转发因子的大小确定下一跳数据接收节点；S4、将步骤S1‑S3中的源节点S替换为数据接收节点后重复步骤S1‑S3，直到将数据转发给目的节点D为止。本发明的优点在于：采用分层的方式，数据传输采用单径路由方式，具有交付率较高，平均能耗较小，端到端的平均延时较小的特点。

Description

一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法
技术领域
本发明涉及水下传感器网络领域，尤其涉及一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法。
背景技术
信息传播的媒介主要有三种：电磁波、声波和光波。如今，人们主要使用的媒介是电磁波和光波。然而水下环境复杂多变，电磁波在水下衰减严重，且衰减程度与频率和传播距离相关；光波在水下的穿透能力差，且在传播过程中会发生反射、折射和散射等现象，因此，光波和电磁波均不能作为水下通信的传输媒介。与电磁波和光波相比，声波是水下通信传输的最佳媒介。然而，由于水下环境的复杂性，声音在水中的传播会受噪声、多普勒效应、路径损耗等影响，会导致信号传输的错误率较高，水声通信中调制解调器和传感器通常采用电池供电，存在着更换困难的问题；与陆地传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)相比，水声网络(Underwater Acoustic Networks，UANs)的应用环境特殊，因此，WSNs的协议不能直接应用于UANs，UANs网络协议是水声网络通信中节点与节点之间进行信息传输的规则，而路由协议是网络协议的核心。
在计算机网络TCP/IP模型中，网络层在通信中承担为上层提供服务和建立网络连接， UANs与之相似，在其三层协议栈中负责建立传输路径，实现路由功能，而路由协议的主要作用是发现和维护路由，确保数据从源节点S成功地送达至目的节点D，但是UANs的应用环境较为特殊，水下环境的各种影响因素为路由协议的设计带来了很大的挑战。
影响路由协议设计的因素有：(1)拓扑结构：UANs中节点随水流的移动导致了其拓扑结构不稳定，数据传输时不能通过固定的路径传输，链路中如果有节点发生移动，可能会导致链路断开，进而导致数据传输不能正常进行，因此需要定期更新和维护路由表。(2)能量有限：UANs体系中除岸基中心外，其它节点均采用电池供电，一旦电量耗尽不易更换和充电，因此设计路由协议时需要考虑节点的能量，有效的节省能量会延长网络的寿命。(3)降低网络延时：网络延时是指数据从发送节点成功传输至目的节点D所用的时间，UANs通信中，介质为声波，在水中的传播速度为1500m/s，相对于无线电信号，传播速度明显较低，而在水下传输中，声波还会受到多径效应、多普勒频散等的影响，会明显增加网络延时，因此设计过程中应该尽量降低网络延迟。
而现有的水下传感器网络多采用DBR、VBF等协议，容易造成“空旷区域”，导致数据不能成功送达至目的节点D，降低了网络的包交付率；数据重传和长距离传输会带来额外的能耗，增加了网络开销，降低了网络的效率；DBR、VBF等协议是多径路由协议，易发生冲突，节点平均能耗较大；且应用五层级路由协议的网络，其连通性和传输可靠性较差。
因此，如何解决上述存在的问题，设计合适且效率较高的路由协议，对UANs的研究、水下环境监测、水下资源勘探具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，解决了现有水下传感器网络采用的协议存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，所述方法包括以下内容：
S1、源节点S在其邻居信息表中寻找节点层级比自身节点层级小的邻居节点作为下一跳的候选转发节点，检测判断所述邻居节点中没有目的节点D；
S2、计算源节点S到所述邻居节点中的所有所述候选转发节点Fn之间的距离
Figure BDA0002548303240000021
以及到目的节点D之间的距离dSD；
S3、计算所有所述候选转发节点Fn的剩余能量Eren与初始能量Eie的比值，并计算出所有所述候选转发节点的转发因子，所述源节点S根据转发因子的大小确定最佳的候选转发节点作为下一跳数据接收节点；
S4、将步骤S1-S3中的源节点S替换为数据接收节点后重复步骤S1-S3，直到检测到邻居节点中存在有目的节点D后，数据接收节点将数据转发给所述目的节点D为止。
进一步地，步骤S1中如果检测判断所述邻居节点中有目的节点D，则所述源节点S将数据转发给所述目的节点D。
进一步地，所述源节点S将数据转发给所述目的节点D或者所述数据接收节点将数据转发给所述目的节点D包括：所述源节点S或者数据接收节点判断是否满足两跳传输的条件，如果不满足则直接将所述目的节点D作为最佳接收节点并发送数据，如果满足则根据两跳传输策略进行数据传输。
进一步地，所述两跳传输的条件包括在所述源节点S或者数据接收节点的邻居节点中包括有除所述目的节点D外的其他候选转发节点，且所述源节点S或者数据接收节点到所述目的节点D的距离大于到所述其他候选转发节点的距离。
进一步地，所述两跳传输策略包括：所述源节点S或者数据接收节点将任意一个所述其他候选转发节点作为中间转发节点，并将数据传输到该中间转发节点，再通过所述中间转发节点将数据传输到所述目的节点D，实现数据的两跳传输。
进一步地，所述根据转发因子的大小确定最佳的候选转发节点作为下一跳数据接收节点包括：根据所述dSD、
Figure BDA0002548303240000033
剩余能量Eren与初始能量Eie得到转发因子的计算公式
Figure BDA0002548303240000031
Figure BDA0002548303240000032
并将转发因子值最大的候选转发节点作为下一跳的数据接收节点并发送数据。
进一步地，在进行步骤S1之前还需要部署水声网络模型的步骤；包括n个传感器节点随机分布在M×M×N的长方体内，包括有固定在水下的源节点S、悬浮在水中的用于转发的动态节点和水面的目的节点；所有节点都具有唯一的ID、相同的接收功率、相同的数据处理能力和均已知自身的位置信息；所述源节点S根据获取数据间隔周期性采集信息，并将数据逐跳传输至所述目的节点D。
进一步地，每个节点维护一个邻居信息表，所述邻居信息表中包括节点自身和两跳传输邻居节点的ID、节点层级、剩余能量和位置信息；网络模型部署完成后所述目的节点D周期性的广播下行控制报文，非目的节点接收到广播报文后提取报文中的节点层级和剩余能量信息，更新邻居信息表并将广播报文转发出去；其它节点收到广播报文后以同样的方式更新邻居信息表；同时，节点在收到上行数据报文后，无论该节点是否为下一跳的数据接收节点均会提取报文头部的节点层级和剩余能量信息以维护路由。
进一步地，在水声网络模型部署中所述节点层级的配置包括将所述源节点S配置为最高层级，位于所述源节点传输半径内的节点配置为次一级层级，并以此类推配置好所有节点的层级。
本发明具有以下优点：
1、节点采用分层的方式，数据可以根据层级逐层逐跳传输，解决了“空旷区域”的问题，同时节点分层可以提高整个网络的连通性、可靠性和容错性。
2、在UANs通信中物理层的损耗和整个网络的总能耗均与距离有关，且距离与能量成指数关系，通过两跳传输的方式可以有效地节省整个网络的能量，降低能耗。
3、将节点的剩余能量作为选择最佳候选转发节点的衡量指标，在传输距离相同的前提下选择剩余能量较多的节点最为候选转发节点可以均衡整个网络的能耗，提高整个网络的寿命。
4、整个网络采用单径的方式进行数据传输，数据发送的源节点和数据接收的目的节点之间只建立一条传输路径，减少了网络中冗余包的产生，降低了冲突概率。
附图说明
图1为本发明的网络模型示意图；
图2为DELR协议转发示意图；
图3为DELR协议数据转发流程图；
图4为选择候选转发节点的示意图；
图5为a与交付率的曲线示意图；
图6为a与网络总能耗的曲线示意图；
图7为控制包间隔与交付率的曲线示意图；
图8为控制包间隔与平均能耗的曲线示意图；
图9为数据包大小与交付率的曲线示意图；
图10为数据包大小与平均能耗的曲线示意图；
图11为数据包大小与延时的曲线示意图；
图12为单数据源与多数据源的节点个数与交付率的曲线示意图；
图13为单数据源与多数据源的节点个数与平均能耗的曲线示意图；
图14为单径路由与多径路由的数据包间隔与交付率的曲线示意图；
图15为单径路由与多径路由的数据包间隔与平均能耗的曲线示意图；
图16为单径路由与多径路由的节点个数与交付率的曲线示意图；
图17为单径路由与多径路由的节点个数与平均能耗的曲线示意图；
图18位单径路由与多径路由的节点个数与延时的曲线示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
在UANs通信中数据传输具有单向性，根据数据报文的类型可以分为下行广播报文和上下数据报文；下行广播报文主要用于传感器节点更新邻居信息、维护路由；上行数据报文是将源节点获得的有效数据信息逐跳传输至sink节点(目的节点)。本发明采用的DELR路由协议根据下行广播更新邻居信息，综合邻居节点的层级、能量、与邻居节点的距离选择最佳转发节点。
如图1所示，在网络初始化时，n个传感器节点随机分布在M×M×N的长方体内，1个sink节点(目的节点)布置在水面(长方体上表面)；UANs具有的性质包括：UANs是由固定在水下的静态节点(源节点S)、悬浮在水中的动态节点和水面的sink节点构成，只有一个sink节点；所有节点都具有唯一的ID，非sink节点随机地分布在水下；节点的接收功率相同且一经给定不得更改；源节点根据获取数据间隔，周期性采集信息，并将数据逐跳传输至sink节点；节点具有相同的数据处理能力；网络中所有节点均已知自身的位置信息。
DELR协议中每个节点维护一个邻居信息表，其中包含自身、两跳邻居节点的ID、层级、剩余能量、位置等信息。网络部署完成后，sink节点周期性的广播下行控制报文，普通节点收到广播报文后，提取报文中的层级、能量等信息，更新邻居信息表并将广播报文转发出去；其它节点收到广播报文后，以同样的方法更新邻居信息表。同时，节点在收到上行数据报文后，无论其是否是接收节点，均会提取报文头部的节点层级、能量等信息，更新邻居表，以维护路由。源节点周期性的采集数据信息并发送，源节点和转发节点在选择下一跳转发节点时，在邻居信息表中根据层级进行第一轮筛选，并根据筛选出的节点的能量和距自身的距离计算转发因子。
如图2和图3所示，D为sink节点(目的节点)，S为源节点，F1、F2、F均为转发节点； R为节点的传输半径；dSF1、dSF2分别为源节点至节点F1和F2的距离，dFF1、dFF2分别为转发节F1、F2至节点F的距离。节点S有数据发送时，路由策略如下：
(1)源节点S在其邻居信息表中寻找层级比自身小的邻居节点且判断邻居节点中有无 sink节点，即：lrec＜lpre，lpre表示当前节点的层级，lrec表示下一跳接收节点的层级，在图中候选节点为F1、F2且无sink节点；
(2)源节点S计算自身到候选接收节点F1、F2的距离dSF1、dSF2，计算方法和公式将在第四小节中给出。
(3)计算源节点S与目的节点D之间的距离dSD，并求dSF1、dSF2。
(4)源节点S计算候选接收节点F1、F2的剩余能量Ere1、Ere2与初始能量Eie的比值
Figure BDA0002548303240000051
Figure BDA0002548303240000052
(5)根据公式
Figure BDA0002548303240000053
计算候选转发节点的转发因子，其中a、b为系数，a+b＝1，取值通过仿真实验测定；
(6)源节点S根据转发概率的大小确定最佳的候选转发节点作为下一跳的数据接收节点。
如果步骤(1)中检测判断到没有sink节点，则将步骤(1)-(6)中的源节点S替换为数据接收节点后重复步骤(1)-(6)，直到检测到邻居节点中存在有sink节点后，数据接收节点将数据转发给所述目的节点D为止。
如果步骤(1)中如果检测判断所述邻居节点中有目的节点D，则所述源节点S将数据转发给sink节点。
进一步地，源节点S将数据转发给sink节点或者所述数据接收节点将数据转发给sink节点包括：所述源节点S或者数据接收节点判断是否满足两跳传输的条件，如果不满足则直接将sink节点作为最佳接收节点并发送数据，如果满足则根据两跳传输策略进行数据传输。
进一步地，两跳传输的条件包括在源节点S或者数据接收节点的邻居节点中包括有除sink 节点外的其他候选转发节点，且源节点S或者数据接收节点到sink节点的距离大于到所述其他候选转发节点的距离。
进一步地，两跳传输策略包括：源节点S或者数据接收节点将任意一个所述其他候选转发节点作为中间转发节点，并将数据传输到该中间转发节点，再通过所述中间转发节点将数据传输到sink节点，实现数据的两跳传输。
如图2所示，假设sink节点D的三维坐标为(xd，yd，zd)，节点S的坐标是(xs，ys， zs)，节点F1的坐标为(x1，y1，z1)，节点F2的坐标为(x2，y2，z2)，则源节点S与目的节点，源节点S与节点F1、F2，节点F1、F2与节点F之间的距离均可以用以下公式进行计算：
Figure BDA0002548303240000061
节点分层和选择候选转发节点时根据上述公式即可求得两个节点之间的距离。
如图4所示，DELR协议中确定候选转发节点时利用了层级、节点间距离和剩余能量；图中S表示源节点，F1、F2表示候选转发节点；首先假设转发节点已根据层级确定出了部分候选节点，则根据节点间距离和能量确定最佳候选节点时，可能出现的场景如图4的 a、4的 b、4的 c、 4的 d。图4的 a中，候选节点F1、F2剩余能量相等，但是节点F1距离源节点的距离较近，因此，根据转发因子的概率fn的计算，S可能选择节点F1作为候选节点。图4的 b、4的c、4的 d则分别表示距离相等能量有差异、能量相等距离有差异、能量和距离均相等。选择或者选举时，之所以将距离和能量作为转发因子，主要考虑网络的总能耗。考虑距离时，可以实现单跳之间短距离传输，根据能耗模型，能量的计算与距离有关，因此短距离传输可以有效节省能耗；考虑能量时，选择剩余能量较多的节点，可以均衡节点能量，延长网络寿命。
DELR中源节点和候选转发节点在发送数据包前，已经确定了下一跳接收节点，发送节点和目的节点之间只建立了一条传输路径，其它节点不参与数据包的接收，构成了单径传输，可以有效的减少冗余数据包的产生，降低冲突概率，节省网络能耗。如图4的 c，假设源节点S 在发送数据前，根据DELR路由算法确定下一跳接收节点为F1，则除F1接收数据包外，其它节点在听到数据包后，只更新邻居表信息，不接收数据包。
本发明在6000m×6000m×3000m的长方体内随机部署15-45个节点，利用NS-3仿真平台对DELR协议进行仿真，得到的仿真参数下表所示：
Figure BDA0002548303240000071
性能评估指标主要有包交付率、端到端的平均延时、平均能耗；其中在计算交付率时， sink节点接收的数据包的数量不包含重传成功接收数据包的数量。
平均能耗(Average Energy Consumption，AEC)：是指一次仿真实验中网络的总能耗与 sink节点成功接收的数据包数量之比，计算公式如下：
Figure BDA0002548303240000072
其中，Etotal表示网络的总能耗；Psuccess表示sink节点成功接收的数据包的数量。
本发明仿真测定了a、b的值并根据包交付率、网络总能耗确定了最优值；如图5和6所示，表示在仿真区域内随机部署了30个节点，每30s发送一次数据，通过记录包交付率、网络总能耗绘制的a与交付率和网络总能耗的曲线图。
当a＝0.4、a＝0.7时，节点的交付率较高，但是a＝0.7时，网络的总能耗高于a＝0.4时网络的总能耗，因为a+b＝1，在参数a值确定后即可求得b值，因此，a、b的最优值分别取0.4、0.6。在后续的仿真实验中，将利用此组最优值进行实验。
本发明的DELR协议的仿真结果分析实验中，主要仿真了发包间隔、节点数量、广播间隔、数据包大小与交付率、平均能耗、端到端的平均延时的关系，进而对DELR协议的性能进行了评估，主要从以下几个方面体现：
(1)控制包间隔与协议性能方面：在6000m×6000m×3000m的三维区域内随机部署了35个节点，网络中只有一个源节点且每40s发送一个数据包，对控制包间隔对协议性能的影响进行了仿真，控制包间隔分别取30s、60s、90s、120s、150s、180s。
如图7所示，控制包间隔较小时，节点发送和转发控制报文的次数增多，网络中控制报文的数量增加，与数据包碰撞的概率增加，导致交付率较小；但随着控制包间隔的不断增大，发送控制包的次数减少，网络中控制包的的数量减少，则与数据包碰撞的概率减小，交付率逐渐增大，120s以后，基本保持不变。
如图8所示，控制包间隔较小时，节点发送和转发控制报文的次数增加，平均能耗较大，但随着控制包间隔增大，发送控制包的次数减少，因此网络中节点的平均能耗逐渐减小。综合图7、8，控制包间隔对包交付率、平均能耗的影响较大，因此选取合适的控制报文发送间隔对协议的性能存在一定影响，为减小控制包对协议性能的影响且不影响节点及时更新邻居表，根据仿真实验结果，往后的仿真实验中，sink节点广播控制包的初始值为40s，后续的广播时间以2倍增加。
(2)数据包大小与协议性能方面：在6000m×6000m×3000m的三维区域内随机部署了 35个节点，网络中只有一个源节点且每40s发送一个数据包，对数据包大小对协议性能的影响进行了仿真，数据包大小分别取140bytes、280bytes、420bytes、560bytes、700bytes、840bytes。
如图9所示，当数据量为140bytes时，网络中只有一个数据包，不需要节点连续传输多个数据包，因此交付率较高；但随着数据包的不断增大，源节点每次发送的数据包的数量增加，无论是源节点还是转发节点均要连续发送数据包，因此，交付率略有下降，但交付率仍保持在87％左右。
如图10、11所示，随着数据量的增大，源节点发送和转发节点转发数据包的数量增大，节点的平均能耗、平均延时逐渐增大。综合图9、10、11，数据包的大小对网络交付率、平均能耗、端到端的平均延时均有影响，但交付率下降趋势较小。
(3)单数据源和多数据源与协议性能方面：在6000m×6000m×3000m的三维区域内随机部署了15-45个节点，两个源节点均每40s发送一个数据包，数据包大小为140bytes，对节点个数对协议性能的影响进行了仿真。
如图12、13所示，无论是单数据源还是多数据源，交付率和平均能耗均随着节点个数的增加呈上升趋势。当网络中有两个数据源时，网络中数据包的数量增加，产生冲突的概率增加，所以交付率低于单数据源的交付率，但仍保持在75％左右；多数据源的平均能耗明显高于单数据源时的能耗。
本发明也对单径路由协议与多径路由协议进行了对比分析，从数据包间隔、节点个数对协议性能的影响对多径路由协议DBR和单径路由协议DELR进行仿真实验并对比分析，仿真中，DBR协议中的深度差门限值δ的取值为R/2，R＝1500m，得出了单径路由协议在减少冲突、提高交付率等方面优于多径路由协议；主要从以下几个方面体现：
(1)数据包间隔与协议性能方面：在6000m×6000m×3000m的三维区域内随机部署了 35个节点，一个源节点每40s发送一个数据包，数据包大小为140bytes，对数据包间隔对协议性能的影响进行了仿真，数据包间隔取1s、2s、3s、4s、5s、6s、10s、20s、30s、40s、50s、60s。
如图14所示，发包间隔较小时，网络中的数据包数量增加，网络负载较重，冲突严重，因此，DELR协议与DBR协议交付率均较低，但随着数据包间隔的不断增大，节点的交付率逐渐增高。从曲线的整体趋势看，DELR协议的交付率均高于DBR协议。
如图15所示，数据包间隔较小时，网络中冲突较多，产生重传等，DBR协议平均能耗均较大，从曲线的整体趋势看，DELR协议平均能耗小于DBR协议。因此，综合图14与15， DELR协议在交付率、平均能耗方面均优于DBR协议。
(2)节点个数与协议性能方面：在6000m×6000m×3000m的三维区域内随机部署了15-45 个节点，网络中只有一个源节点且每40s发送一个数据包，数据包大小为140bytes，对节点个数对协议性能的影响进行了仿真，节点个数分别取15、20、25、35、40、45。
如图16、17、18所示，DELR协议中，当节点数增加至35时，交付率达到最大，往后节点数增大后，交付率呈下降趋势，但DELR协议的交付率高于DBR协议，且平均能耗小于DBR协议。同时，DELR协议的平均端到端时保持在3.9s，DBR协议平均端到端时保持在 4.5s，DELR协议的延时均小于DBR协议。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：所述方法包括以下内容：
S1、源节点S在其邻居信息表中寻找节点层级比自身节点层级小的邻居节点作为下一跳的候选转发节点，检测判断所述邻居节点中没有目的节点D；
S2、计算源节点S到所述邻居节点中的所有所述候选转发节点Fn之间的距离
Figure FDA0003034110500000011
以及到目的节点D之间的距离dSD；
S3、计算所有所述候选转发节点Fn的剩余能量Eren与初始能量Eie的比值，并计算出所有所述候选转发节点的转发因子，所述源节点S根据转发因子的大小确定最佳的候选转发节点作为下一跳数据接收节点；
所述根据转发因子的大小确定最佳的候选转发节点作为下一跳数据接收节点包括：根据所述dSD、
Figure FDA0003034110500000012
剩余能量Eren与初始能量Eie得到转发因子的计算公式
Figure FDA0003034110500000013
并将转发因子值最大的候选转发节点作为下一跳的数据接收节点并发送数据；其中a、b为系数，a+b＝1，取值通过仿真实验测定；其中，a、b的值通过根据包交付率、网络总能耗确定最优值，当a＝0.4、a＝0.7时，节点的交付率较高，但是a＝0.7时，网络的总能耗高于a＝0.4时网络的总能耗，因为a+b＝1，在参数a值确定后即可求得b值，因此，a、b的最优值分别取0.4、0.6；
S4、将步骤S1-S3中的源节点S替换为数据接收节点后重复步骤S1-S3，直到检测到邻居节点中存在有目的节点D后，数据接收节点将数据转发给所述目的节点D为止。
2.根据权利要求1所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：步骤S1中如果检测判断所述邻居节点中有目的节点D，则所述源节点S将数据转发给所述目的节点D。
3.根据权利要求2所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：所述源节点S将数据转发给所述目的节点D或者所述数据接收节点将数据转发给所述目的节点D包括：所述源节点S或者数据接收节点判断是否满足两跳传输的条件，如果不满足则直接将所述目的节点D作为最佳接收节点并发送数据，如果满足则根据两跳传输策略进行数据传输。
4.根据权利要求3所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：所述两跳传输的条件包括在所述源节点S或者数据接收节点的邻居节点中包括有除所述目的节点D外的其他候选转发节点，且所述源节点S或者数据接收节点到所述目的节点D的距离大于到所述其他候选转发节点的距离。
5.根据权利要求4所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：所述两跳传输策略包括：所述源节点S或者数据接收节点将任意一个所述其他候选转发节点作为中间转发节点，并将数据传输到该中间转发节点，再通过所述中间转发节点将数据传输到所述目的节点D，实现数据的两跳传输。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：在进行步骤S1之前还需要部署水声网络模型的步骤；包括n个传感器节点随机分布在M×M×N的长方体内，包括有固定在水下的源节点S、悬浮在水中的用于转发的动态节点和水面的目的节点；所有节点都具有唯一的ID、相同的接收功率、相同的数据处理能力和均已知自身的位置信息；所述源节点S根据获取数据间隔周期性采集信息，并将数据逐跳传输至所述目的节点D。
7.根据权利要求6所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：每个节点维护一个邻居信息表，所述邻居信息表中包括节点自身和两跳传输邻居节点的ID、节点层级、剩余能量和位置信息；网络模型部署完成后所述目的节点D周期性的广播下行控制报文，非目的节点接收到广播报文后提取报文中的节点层级和剩余能量信息，更新邻居信息表并将广播报文转发出去；其它节点收到广播报文后以同样的方式更新邻居信息表；同时，节点在收到上行数据报文后，无论该节点是否为下一跳的数据接收节点均会提取报文头部的节点层级和剩余能量信息以维护路由。
8.根据权利要求7所述的一种基于距离和能量的分层单径路由协议方法，其特征在于：在水声网络模型部署中所述节点层级的配置包括将所述源节点S配置为最高层级，位于所述源节点传输半径内的节点配置为次一级层级，并以此类推配置好所有节点的层级。
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