CN115022228B - 基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统及方法，其中系统包括：源节点，若路由表中不存在目的节点转发路径，产生一个路由请求RREQ报文并广播出去，进行寻路过程；中继节点，用于接收并转发路由请求RREQ报文；采用蚁群算法计算概率，根据概率确定传输的优先级，根据优先级转发数据，以及进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表；目的节点，用于收到路由请求RREQ报文，选择最优通信路径，计算需要更新的信息素，将其写入路由应答RREP报文，然后发送路由应答RREP报文。本发明减少声学链路的跳数以及水声网络中的信令开销，帮助将传输损耗和信令开销转移到水上无线电网络，可广泛应用于跨介质异构网络领域。
Description
技术领域
本发明涉及跨介质异构网络领域，尤其涉及一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统及方法。
背景技术
海洋是渔业、海上运输、近海工业等人类活动的重要场所，同时海洋中的水下通信在国防、海洋天气监测、污染和自然灾害以及海洋科学探索和水下资源开采等方面起到了重要的作用。随着人类在海洋中的活动不断增加，在海洋中提供高性能、低成本和可靠的通信网络服务变得至关重要。
尽管集成网络引起了广泛的研究，但很少有人关注海洋水下场景中的网络覆盖。为了应对各种水下应用，需要将当前的天地一体化网络扩展到水下空间，提供水下互联网接入。目前水下信道主要有四种技术进行传输：射频通信、光通信、磁感应通信、声波通信。目前最流行的水下通信技术便是声波通信。
在考虑基于声学和无线电通道优势的异构通道后，现有技术提出了一种新的跨介质异构通信方案：声电协同网络，该网络可以实现海洋信息跨域传输，并将在水下场景中提供高效的互联网访问。声电协同网络中，声学信号用于水下通信，无线电信号用于水面和空中通信。声电协同网络的提出可以将声波和无线电两个独立的网络异构组合，有利于实现海洋高质量的实时信息传输。浮标节点在海洋信息传输网中承担着信息跨介质传输的任务。
但是由于无线电链路具有更高的数据传输速率和更低的延迟，在集成的无线声电协同网络中，声学链路容易变得拥塞，同时无线电链路未被充分利用。所以必须充分利用无线电链路相对多余的空闲链路资源，实现声学链路和无线电链路的协同合作，这样才可以克服性能失配，提高海洋信息传输网络性能。期望通过合理的路由策略，实现最大限度地减少声学链路的跳数以及水声网络中的信令开销，帮助将传输损耗和信令开销转移到水上无线电网络。
发明内容
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统及方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统，包括：
源节点，为发送信令和数据的节点；若路由表中存在目的节点的转发路径，则根据转发路径发送数据包给下一跳节点；若路由表中不存在目的节点转发路径，则产生一个路由请求RREQ报文并广播出去，进行寻路过程；
中继节点，为转发信令和数据的节点，用于接收并转发路由请求RREQ报文；采用蚁群算法，根据自身的剩余电量和位置信息计算概率，根据概率确定传输的优先级，根据优先级转发数据，以及进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表；
目的节点，为接收信令和数据的节点；目的节点收到路由请求RREQ报文，选择最优通信路径，计算需要更新的信息素，将计算获得的信息素写入路由应答RREP报文，然后发送路由应答RREP报文；
其中，所述声电协同网络包括水上节点、水面浮标节点、水下节点；其中，水面浮标节点，具备无线电和水声两种网络设备，同时具备无线电磁波通信和声波通信的能力，负责海洋信息传输异构网络中的跨介质传输；水下节点具备水声网络设备，节点之间采用声波传输；水上节点具备无线电网络设备，节点之间采用无线电传输。
进一步地，所述中继节点执行优先无线电链路转发机制：
中继节点参与路由寻路转发时，接收到路由请求RREQ报文后，判断自身是否为水面浮标节点，根据自身的剩余电量和位置信息作为启发式信息，用蚁群算法计算概率，根据优先级依概率转发；
在计算概率时，水面浮标节点的权重参数大于水下节点的权重参数，以使计算出的水面浮标节点的转发概率远大于水下节点，实现浮标节点的无线电链路优先转发寻路包；
收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，包括以下步骤：
S1、源节点需要发送数据时，检查路由表状态，路由表中若存在目的节点转发路径，则直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输；若路由表中不存在目的节点转发路径，则产生一个路由请求RREQ报文并广播出去；
S2、中继节点接收到路由请求RREQ报文，检查是否第一次接收到该路由请求RREQ报文，如果是，转到步骤S3；否则直接丢弃该路由报文；
S3、中继节点检查自身是否为路由请求RREQ报文的目的节点，如果是，转到步骤S9；否则转到步骤S4；
S4、中继节点检查自身是否存有到路由请求RREQ报文的目的节点的有效路由，如果存有，转到步骤S9；否则转到步骤S5；
S5、中继节点判断自身是否为水面浮标节点，若是，转到步骤S6；否则转到步骤S7；
S6、中继节点为水面浮标节点，计算转移概率，依概率转到步骤S8；
S7、中继节点为水下节点，计算转移概率，依概率转到步骤S8；
S8、中继节点把路由请求RREQ报文中转发跳数加1，将启发式信息写入RREQ报文，广播新的路由请求RREQ报文；
S9、目的节点收到路由请求RREQ报文或中继节点已找到到目的节点的有效路由，计算需要更新的信息素，写入路由应答RREP报文并发送；
S10、中继节点在规定时间内收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表，然后继续单播路由应答RREP报文；
S11、源节点在规定时间内收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表，直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输。
进一步地，所述路由请求RREQ报文的帧格式包括：数据包类型、转发跳数计数器、路由请求识别码RREQ ID、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点IP地址、源节点序列号、节点类型、位置信息、路径列表信息素含量；
其中，节点类型用于判断是否是水上节点、水面浮标节点、水下节点；位置信息用于计算节点位置距离的远近；路径列表信息素含量用于维护路径列表且用蚁群算法计算概率。
进一步地，所述路由应答RREP报文的帧格式包括：数据包类型、前缀长度、转发跳数计数器、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点的IP地址、生存时间、节点类型、信息素增量、路径列表信息素含量；
其中，节点类型用于判断是否是水上节点、水面浮标节点、水下节点；信息素增量用于计算需要增加的信息素；路径列表信息素含量用于维护路径列表且用蚁群算法计算信息素含量。
进一步地，根据节点特性将节点分为三种类型：水上节点、水面浮标节点、水下节点；对于存在无线网络设备的水上节点和水面浮标节点，在传输过程中的优先级最高，当收到信令和数据包时，会优先采取转发策略；对于只具有水声网络设备水下节点，优先级次之，只有在无线链路无法传输时，才会启动；
所述自适应路由方法还包括以下步骤：
在寻路过程中，节点根据自身的剩余电量和位置信息作为启发式信息，采用蚁群算法计算概率，根据概率确定优先级，根据优先级转发路由请求RREQ报文，以减少RREQ报文转发次数，优先选择水面浮标节点的无线电链路转发；
根据路由应答RREP报文更新信息素含量和到目的节点的本地路由表，维护无线电链路转发的稳定性。
进一步地，在中继节点转发路由请求RREQ报文和路由应答RREP报文时，会根据位置信息计算出距离矢量启发信息：
式中，p为中继节点到源节点与目的节点中轴的距离，W为以源节点与目的节点中轴为中心的轨道半径，R为节点的可传输范围半径，d为中继节点与上一跳节点之间的距离，θ为中继节点与上一跳节点和上一跳节点与目的节点之间的夹角。
进一步地，还包括根据剩余电量判断能量预警等级的步骤：
水上节点和水面浮标节点的优先级始终处于优先状态，σ＝1，σ为能量启发信息；水下节点的优先级取决于当前能量占比：
其中，Ecurrent为节点当前剩余能量，Einitial为节点初始能量，此时0≤σ≤1。
进一步地，采用蚁群算法计算概率的公式如下：
式中，
为报文k从节点i到节点j的概率大小，τ(i,j)为节点路由表中存储的从节点i到节点j的信息素浓度，η(i,j)为从节点i到节点j的能量和位置启发信息；其中，
式中，μ(i,j)为根据位置信息计算出距离矢量启发信息，σj为根据能量信息计算出能量启发信息，α为信息启发因子，描述了信息素对状态转移的影响，β为期望转发因子，表示节点的能量和位置对状态转移的影响，a和b为距离矢量启发信息和能量启发信息的权重参数。
进一步地，信息素更新的表达式如下：
τ(i,j)＝(1-ρ)τ(i,j)+Δτ(i,j)
式中，ρ为信息素挥发因子，(1-ρ)为信息素残留因子，Δτ(i,j)为从节点i到节点j需要增加的信息素浓度，信息素挥发因子和信息素增量可以确保信息素浓度在不断更新，避免原始状态的影响。其中，
本发明的有益效果是：本发明在选择路径上，加入了蚁群算法计算概率，确定优先级，根据优先级发送信息，避免大量的水下寻路信令等的开销，有效节省能量消耗，有效减少转发跳数，增加传输可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是本发明实施例中一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统的示意图；
图2是本发明实施例中一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法的流程图；
图3是本发明实施例中距离矢量启发信息的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统，该声电协同网络是一种海洋信息传输跨介质异构网络，同时存在水下声学网络和空中无线电网络。网络中包含水上节点、水面浮标节点、水下节点，以及空气和海水两种不同的通信介质。水面浮标节点，具备无线电和水声两种网络设备，同时具备无线电磁波通信和声波通信的能力，其负责海洋信息传输异构网络中的跨介质传输。水下节点具备水声网络设备，节点之间采用声波传输。水上节点具备无线电网络设备，节点之间采用无线电传输。
在通信进程中，可以依据所发挥的作用，分为：源节点，中继节点，目的节点。具体地：
源节点：发送信令和数据的节点。若路由表中存在目的节点转发路径，则直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输。若路由表中不存在目的节点转发路径，则产生一个路由请求RREQ报文并广播出去，进行寻路过程。
中继节点：转发信令和数据的节点。用于接收并转发路由请求，根据自身的剩余电量和位置信息作为启发式信息用蚁群算法计算概率，判断自己传输的优先级，根据优先级依概率转发，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表。同时作为转发数据的中继。
目的节点：接收信令和数据的节点。目的节点收到路由请求RREQ报文，选择最优通信路径，计算需要更新的信息素，将其写入路由应答RREP报文，然后发送路由应答RREP报文。
对于存在无线网络设备的水上节点和水面浮标节点，在传输过程中的优先级最高，当收到信令和数据包时，会优先采取转发策略；对于只具有水声网络设备水下节点，优先级次之，只有在无线链路无法传输时，才会启动。
如图2所示，本实施例还提供一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，利用结合能量和位置信息的蚁群算法，旨在最大限度地减少声学链路的跳数以及水声网络中的信令开销，帮助将传输损耗和信令开销转移到水上无线电网络。该路由策略可以降低网络的能量消耗，提高整个网络的生存时间，同时可以使网络具有更高的网络吞吐量、更低的端到端时延、更高的传输成功率。该方法具体包括以下步骤：
S101、源节点需要发送数据，检查路由表状态，路由表中若存在目的节点转发路径，则直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输。若路由表中不存在目的节点转发路径，则产生一个路由请求RREQ报文并广播出去。
S102、中继节点接收到路由请求RREQ报文，检查是否第一次接收到该路由请求RREQ报文，如果是，转到步骤S103；否则直接丢弃该路由报文。
S103、中继节点检查自身是否为路由请求RREQ报文的目的节点，如果是，转到步骤S109；否则转到步骤S104。
S104、中继节点检查自身是否存有到路由请求RREQ报文的目的节点的有效路由，如果存有，转到步骤S109；否则转到步骤S105。
S105、中继节点判断自身是否为浮标节点，若是，转到步骤S106；否则转到步骤S107。
S106、中继节点为浮标节点，选定a和b根据公式计算转移概率，依概率转到步骤S108。
S107、中继节点为水下节点，选定a和b根据公式计算转移概率，依概率转到步骤S108。
作为一种可选的实施方式，中继节点参与路由寻路转发时，接收到路由请求RREQ报文后，判断自身是否为水面浮标节点，根据自身的剩余电量和位置信息作为启发式信息，用蚁群算法计算概率，根据优先级依概率转发，在计算概率的公式中，水面浮标节点的权重参数大于水下节点的权重参数，所以计算出的水面浮标节点的转发概率远大于水下节点，实现浮标节点的无线电链路优先转发寻路包。在寻路过程中根据优先级依概率转发路由请求RREQ报文，可以减少RREQ报文转发次数，优先选择水面浮标节点的无线电链路转发。
在中继节点转发路由请求RREQ报文时，会根据剩余电量判断能量预警等级。水上节点和水面浮标节点的优先级始终处于优先状态，σ＝1，σ为能量启发信息；水下节点的优先级取决于当前能量占比：
其中Ecurrent为节点当前剩余能量，Einitial为节点初始能量，此时0≤σ≤1。
同时，会根据位置信息计算出距离矢量启发信息，如图3所示：
式中，p为中继节点到源节点与目的节点中轴的距离，W为以源节点与目的节点中轴为中心的轨道半径，R为节点的可传输范围半径，d为中继节点与上一跳节点之间的距离，θ为中继节点与上一跳节点和上一跳节点与目的节点之间的夹角。
最后用蚁群算法计算概率，判断自己传输的优先级，根据优先级依概率转发。
式中，
为报文k从节点i到节点j的概率大小，τ(i,j)为节点路由表中存储的从节点i到节点j的信息素浓度，η(i,j)为从节点i到节点j的能量和位置启发信息，其中，/>
式中，μ(i,j)为根据位置信息计算出距离矢量启发信息，σj为根据能量信息计算出能量启发信息，a和b为距离矢量启发信息和能量启发信息的权重参数，α为信息启发因子，描述了信息素对状态转移的影响，β为期望转发因子，表示节点的能量和位置对状态转移的影响，α,β∈[0,5]，α越大，蚂蚁选择之前走过的路径可能性就越大，搜索路径的随机性减弱，α越小，蚁群搜索范围就会减少，容易陷入局部最优，β越大，蚁群就越容易选择局部较短路径，虽然算法收敛速度加快，但是随机性不高，容易得到局部最优。
S108、中继节点把路由请求RREQ报文中转发跳数加1，将启发式信息写入RREQ报文，广播新的路由请求RREQ报文。
S109、目的节点收到路由请求RREQ报文或中继节点已找到到目的节点的有效路由，计算需要更新的信息素，写入路由应答RREP报文然后发送。
S110、中继节点在规定时间内收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表，然后继续单播路由应答RREP报文。信息素更新的表达式如下：
τ(i,j)＝(1-ρ)τ(i,j)+Δτ(i,j)，
式中，ρ为信息素挥发因子，ρ∈[0.1,0.99]，(1-ρ)为信息素残留因子，ρ过小时，在各路径上残留的信息素过多，导致无效的路径继续被搜索，影响到算法的收敛速率，ρ过大时，无效的路径虽然可以被排除搜索，但是会导致有效的路径也会被放弃搜索，影响到最优值的搜索，Δτ(i,j)为从节点i到节点j需要增加的信息素浓度，信息素挥发因子和信息素增量可以确保信息素浓度在不断更新，避免原始状态的影响，其中，
S111、源节点在规定时间内收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表，直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输。
作为一种可选的实施方式，路由请求RREQ报文的帧格式如表1所示，包括：数据包类型、转发跳数计数器、路由请求识别码RREQ ID、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点IP地址、源节点序列号、节点类型、位置信息、路径列表信息素含量，其中，节点类型用于判断是否是水上节点、水面浮标节点、水下节点；位置信息用于计算节点位置距离的远近；路径列表信息素含量用于维护路径列表且用蚁群算法计算概率。
表1：RREQ路由报文帧格式
作为一种可选的实施方式，路由应答RREP报文的帧格式如表2所示，包括：数据包类型、前缀长度、转发跳数计数器、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点的IP地址、生存时间、节点类型、信息素增量、路径列表信息素含量，其中：节点类型用于判断是否是水上节点、水面浮标节点、水下节点；信息素增量用于计算需要增加的信息素；路径列表信息素含量用于维护路径列表且用蚁群算法计算信息素含量。
表2：RREP路由报文帧格式
综上所述，本实施例相对于现有技术，具有如下优点及有益效果：
(1)、本发明在选择路径上，加入了蚁群算法，可以通过信息素启发因子和基于能量和位置的期望因子选择最优路径，避免大量的水下寻路信令等的开销，有效节省能量消耗，有效减少转发跳数，增加传输可靠性。
(2)、本发明的自适应路由算法适用于跨介质异构网络，利用无线电链路高速率和高可靠性的特点协助水声链路进行信息转发，弥补水声链路的性能短板，最大限度地减少声学链路的跳数以及水声网络中的信令开销，帮助将传输损耗和信令开销转移到水上无线电网络。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统，其特征在于，包括：
源节点，为发送信令和数据的节点；若路由表中存在目的节点的转发路径，则根据转发路径发送数据包给下一跳节点；若路由表中不存在目的节点转发路径，则产生一个路由请求RREQ报文并广播出去，进行寻路过程；
中继节点，为转发信令和数据的节点，用于接收并转发路由请求RREQ报文；采用蚁群算法，根据自身的剩余电量和位置信息计算概率，根据概率确定传输的优先级，根据优先级转发数据，以及进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表；
目的节点，为接收信令和数据的节点；目的节点收到路由请求RREQ报文，选择最优通信路径，计算需要更新的信息素，将计算获得的信息素写入路由应答RREP报文，然后发送路由应答RREP报文；
其中，所述声电协同网络包括水上节点、水面浮标节点、水下节点；其中，水面浮标节点，具备无线电和水声两种网络设备，同时具备无线电磁波通信和声波通信的能力，负责海洋信息传输异构网络中的跨介质传输；水下节点具备水声网络设备，节点之间采用声波传输；水上节点具备无线电网络设备，节点之间采用无线电传输；
在中继节点转发路由请求RREQ报文和路由应答RREP报文时，会根据位置信息计算出距离矢量启发信息：
式中，p为中继节点到源节点与目的节点中轴的距离，W为以源节点与目的节点中轴为中心的轨道半径，R为节点的可传输范围半径，d为中继节点与上一跳节点之间的距离，θ为中继节点与上一跳节点和上一跳节点与目的节点之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由系统，其特征在于，所述中继节点执行优先无线电链路转发机制：
中继节点参与路由寻路转发时，接收到路由请求RREQ报文后，判断自身是否为水面浮标节点，根据自身的剩余电量和位置信息作为启发式信息，用蚁群算法计算概率，根据概率确定优先级；
在计算概率时，水面浮标节点的权重参数大于水下节点的权重参数，以使计算出的水面浮标节点的转发概率大于水下节点，实现浮标节点的无线电链路优先转发寻路包；
收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表。
3.一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、源节点需要发送数据时，检查路由表状态，路由表中若存在目的节点转发路径，则直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输；若路由表中不存在目的节点转发路径，则产生一个路由请求RREQ报文并广播出去；
S2、中继节点接收到路由请求RREQ报文，检查是否第一次接收到该路由请求RREQ报文，如果是，转到步骤S3；否则直接丢弃该路由请求RREQ报文；
S3、中继节点检查自身是否为路由请求RREQ报文的目的节点，如果是，转到步骤S9；否则转到步骤S4；
S4、中继节点检查自身是否存有到路由请求RREQ报文的目的节点的有效路由，如果存有，转到步骤S9；否则转到步骤S5；
S5、中继节点判断自身是否为水面浮标节点，若是，转到步骤S6；否则转到步骤S7；
S6、中继节点为水面浮标节点，计算转移概率，依概率转到步骤S8；
S7、中继节点为水下节点，计算转移概率，依概率转到步骤S8；
S8、中继节点把路由请求RREQ报文中转发跳数加1，将启发式信息写入RREQ报文，广播新的路由请求RREQ报文；
S9、目的节点收到路由请求RREQ报文，计算需要更新的信息素，写入路由应答RREP报文并发送；
S10、中继节点收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表，然后继续单播路由应答RREP报文；
S11、源节点收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，进行信息素更新，并更新到目的节点的本地路由表，直接发送数据包给下一跳节点，开始数据传输；
在中继节点转发路由请求RREQ报文和路由应答RREP报文时，会根据位置信息计算出距离矢量启发信息：
式中，p为中继节点到源节点与目的节点中轴的距离，W为以源节点与目的节点中轴为中心的轨道半径，R为节点的可传输范围半径，d为中继节点与上一跳节点之间的距离，θ为中继节点与上一跳节点和上一跳节点与目的节点之间的夹角。
4.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，所述路由请求RREQ报文的帧格式包括：数据包类型、转发跳数计数器、路由请求识别码RREQ ID、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点IP地址、源节点序列号、节点类型、位置信息、路径列表信息素含量；
其中，节点类型用于判断是否是水上节点、水面浮标节点、水下节点；位置信息用于计算节点位置距离的远近；路径列表信息素含量用于维护路径列表且用蚁群算法计算概率。
5.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，所述路由应答RREP报文的帧格式包括：数据包类型、前缀长度、转发跳数计数器、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点的IP地址、生存时间、节点类型、信息素增量、路径列表信息素含量；
其中，节点类型用于判断是否是水上节点、水面浮标节点、水下节点；信息素增量用于计算需要增加的信息素；路径列表信息素含量用于维护路径列表且用蚁群算法计算信息素含量。
6.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，根据节点特性将节点分为三种类型：水上节点、水面浮标节点、水下节点；对于存在无线网络设备的水上节点和水面浮标节点，在传输过程中的优先级最高，当收到信令和数据包时，会优先采取转发策略；对于只具有水声网络设备水下节点，优先级次之，只有在无线链路无法传输时，才会启动；
所述自适应路由方法还包括以下步骤：
在寻路过程中，节点根据自身的剩余电量和位置信息作为启发式信息，采用蚁群算法计算概率，根据概率确定优先级，根据优先级转发路由请求RREQ报文，以减少RREQ报文转发次数，优先选择水面浮标节点的无线电链路转发；
根据路由应答RREP报文更新信息素含量和到目的节点的本地路由表，维护无线电链路转发的稳定性。
7.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，还包括根据剩余电量判断能量预警等级的步骤：
水上节点和水面浮标节点的优先级始终处于优先状态，σ＝1，σ为能量启发信息；水下节点的优先级取决于当前能量占比：
其中，Ecurrent为节点当前剩余能量，Einitial为节点初始能量，此时0≤σ≤1。
8.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，采用蚁群算法计算概率的公式如下：
式中，
为报文k从节点i到节点j的概率大小，τ(i,j)为节点路由表中存储的从节点i到节点j的信息素浓度，η(i,j)为从节点i到节点j的能量和位置启发信息；其中，
式中，μ(i,j)为根据位置信息计算出距离矢量启发信息，σj为根据能量信息计算出能量启发信息，α为信息启发因子，β为期望转发因子，a和b为距离矢量启发信息和能量启发信息的权重参数。
9.根据权利要求3所述的一种基于蚁群算法的声电协同网络的自适应路由方法，其特征在于，信息素更新的表达式如下：
τ(i,j)＝(1-ρ)τ(i,j)+Δτ(i,j)
式中，ρ为信息素挥发因子，(1-ρ)为信息素残留因子，Δτ(i,j)为从节点i到节点j需要增加的信息素浓度。
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