一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法制造技術

本發明專利技術公開了一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由計算方法，通過即時采集并比較第i級節點和第i+1級節點的深度值，所述第i級節點從發出對應級別命令包到接收到所述第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點反饋的對應級別響應命令包的往返時間，剩余能量值，鏈路質量篩選出由K個節點連接構成的水下無線傳感器網絡最短路徑。采用上述方法無需獲取水下無線傳感器網絡的全局位置信息，獲得了水下無線傳感器網絡的最短路徑。

【技術實現步驟摘要】
一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法
本專利技術涉及水下無線傳感器網絡領域，特別是涉及一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法。
技術介紹
水下無線傳感器網絡廣泛的應用于水下環境監測、地震探測、資源發現等領域，無線電信號和光信號在水下傳輸中吸收嚴重，在水面上的接收傳感器節點裝有無線電調制器和水聲調制器，無線電調制器用來調制從接收傳感器節點到數據中心的通信，水聲調制器負責水下傳感器節點到接收傳感器節點的通信。由于水下傳感器節點和接收傳感器節點隨水流的移動而移動，使得水下傳感器節點和接收傳感器節點的位置不固定，會隨時變化，從而使水下無線傳感器網絡的結構形成了動態的拓撲結構。所以，陸地無線傳感器網絡中使用的路由算法無法直接在水下無線傳感器網絡中使用，在現有技術中，以獲取水下無線傳感器網絡的全局位置信息為前提，以節省能量的指標得出水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法，但是由于水的流動，無法獲取水下無線傳感器網絡的全局位置信息，所以亟需一種在無法獲取水下無線傳感器網絡的全局位置信息的基礎上，適用于水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法。為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由計算方法，水下無線傳感器網絡由K級節點的路由器連接形成，其中，所述計算方法包括：根據第i級節點的深度值大于i+1級節點的深度值以及第i+1級節點的剩余能量值大于設定能量閾值，初次篩選出第i+1級節點集合；其中，i＝0,1,...,K-1；計算所述第i級節點從發出對應級別命令包到接收到所述第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點反饋的對應級別響應命令包的往返時間；根據所述第i級節點的深度值、初次篩選后的第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點的深度值和對應的所述往返時間計算所述第i級節點到多個所述第i+1級節點的方向與豎直方向的夾角的余弦值；判斷所述余弦值是否相等，如果相等，繼續進行；否則，選擇對應余弦值最小的路徑；判斷所述第i+1級節點的所述剩余能量值是否相等，如果是，繼續進行；否則，選擇對應所述剩余能量值最大的路徑；篩選出大于所述鏈路質量的質量閾值的各所述路徑的鏈路質量，并從中選擇對應鏈路質量最大值的路徑；對所述K級節點按照上述步驟操作，獲得由K個節點連接構成的所述水下無線傳感器網絡最短路徑。可選的，根據所述第i級節點的深度值、初次篩選后的第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點的深度值和對應的所述往返時間計算所述第i級節點到多個所述第i+1級節點的方向與豎直方向的夾角的余弦值的步驟具體包括：根據公式(1)獲得所述第i級節點與所述第i+1級節點的深度差Δd，其中，d1表示所述第i級節點的深度值，d2表示所述第i+1級節點的深度值，p1表示所述第i級節點的壓力值，p2表示所述第i+1級節點的壓力值，g表示重力加速度，ρ表示水的密度；根據公式(2)獲得所述命令包傳播的距離s，s＝Δtv0(2)；其中，Δt表示所述往返時間，v0表示所述命令包在水中的傳播速度；根據公式(3)得出所述余弦值pri，其中，Δd表示所述第i級節點與所述第i+1級節點深度差，s表示所述命令包傳播的距離。可選的，每個所述節點都設置有計時器和壓力傳感器。可選的，所述第i+1級節點還包括空白節點，所述計算方法還包括：判斷所述第i+1級節點是否為空白節點，如果是，啟動恢復算法；否則繼續發送至下一級節點。可選的，當所述第i+1級節點為空白節點，將所述第i+1級節點反饋的對應級別的第i+1級數據包的標志位設置為“1”，所述恢復算法具體包括：當所述第i級節點收到第i+1級響應命令包時，所述第i級數據包的標志位為“1”時，刪除對應的所述第i級節點到所述空白節點的路徑；當所述第i+1級節點收到所述第i級節點發送的對應級別的第i級數據包時，將所述第i+1級節點收到的對應級別的第i級數據包的標志位設置為“0”，繼續轉發對應級別的數據包。可選的，所述第i級節點根據所述命令包記錄所述第i+1級節點的ID值，所述深度值，所述剩余能量值，所述鏈路質量，所述往返時間。可選的，所述鏈路質量的計算方法包括：鏈路質量C(s,f)＝Blog2(1+SNR(s,f))(4)；其中，s表示所述命令包在水中傳播的距離，B表示傳輸帶寬，SNR表示信噪比，f表示通信頻率。根據本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：根據第i級節點的深度值大于第i+1級節點的深度值以及第i+1級節點的剩余能量值大于設定能量閾值，依次比較深度值、剩余能量值、傳輸命令包的往返時間、鏈路質量篩選出水下無線傳感器網絡路由的最短路徑，實現了獨立節點地理位置信息和節點間的時間同步，減小了節點到節點的延時，提高了能量效率，延長了整個無線網絡的生命周期。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法的流程圖；圖2為本專利技術中恢復算法的流程圖；圖3為本專利技術水下無線網絡拓撲圖；具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術的目的是提供一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由算法。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由計算方法，如圖3所示，水下無線傳感器網絡由K級節點的路由器連接形成，其中，如圖1所示，所述計算方法包括：步驟100：根據第i級節點的深度值大于第i+1級節點的深度值以及第i+1級節點的剩余能量值大于設定能量閾值，初次篩選出第i+1級節點集合；對于不符合篩選條件的第i+1級節點，刪除路由信息，所述不符合篩選條件的第i+1級節點丟棄所述命令包，其中，i＝0,1,...,K-1。步驟200：所述第i+1級節點對第i級節點進行響應，反饋出響應命令包，計算所述第i級節點從發出對應級別命令包到接收到所述第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點反饋的對應級別響應命令包的往返時間，所述往返時間越長，所述命令傳播的距離越長，能量損失越大。步驟300：根據所述第i級節點的深度值、初次篩選后的第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點的深度值和對應的所述往返時間計算所述第i級節點到多個所述第i+1級節點的方向與豎直方向的夾角的余弦值。步驟400：判斷所述余弦值是否相等，如果相等，執行步驟500；否則，選擇對應余弦值最小的路徑。步驟500：判斷所述第i+1級節點的所述剩余能量值是否相等，如果是，執行步驟600；否則，選擇對應所述剩余能量值最大的路徑，通過引入剩余能量的比較，延長了整個網絡的壽命，即時轉發數據包，使得無線網絡在節點間傳輸的延時縮短。步驟600：篩選出大于所述鏈路質量的質量閾值本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由計算方法，其特征在于，水下無線傳感器網絡由K級節點的路由器連接形成，其中，所述計算方法包括：根據第i級節點的深度值大于第i+1級節點的深度值以及第i+1級節點的剩余能量值大于設定能量閾值，初次篩選出第i+1級節點集合；其中，i＝0,1,...,K?1；計算所述第i級節點從發出對應級別命令包到接收到所述第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點反饋的對應級別響應命令包的往返時間；根據所述第i級節點的深度值、初次篩選后的第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點的深度值和對應的所述往返時間計算所述第i級節點到多個所述第i+1級節點的方向與豎直方向的夾角的余弦值；判斷所述余弦值是否相等，如果相等，繼續進行；否則，選擇對應余弦值最小的路徑；判斷所述第i+1級節點的所述剩余能量值是否相等，如果是，繼續進行；否則，選擇對應所述剩余能量值最大的路徑；篩選出大于所述鏈路質量的質量閾值的各所述路徑的鏈路質量，并從中選擇對應鏈路質量最大值的路徑；對所述K級節點按照上述步驟操作，獲得由K個節點連接構成的所述水下無線傳感器網絡最短路徑。

【技術特征摘要】
1.一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由計算方法，其特征在于，水下無線傳感器網絡由K級節點的路由器連接形成，其中，所述計算方法包括：根據第i級節點的深度值大于第i+1級節點的深度值以及第i+1級節點的剩余能量值大于設定能量閾值，初次篩選出第i+1級節點集合；其中，i＝0,1,...,K-1；計算所述第i級節點從發出對應級別命令包到接收到所述第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點反饋的對應級別響應命令包的往返時間；根據所述第i級節點的深度值、初次篩選后的第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點的深度值和對應的所述往返時間計算所述第i級節點到多個所述第i+1級節點的方向與豎直方向的夾角的余弦值；判斷所述余弦值是否相等，如果相等，繼續進行；否則，選擇對應余弦值最小的路徑；判斷所述第i+1級節點的所述剩余能量值是否相等，如果是，繼續進行；否則，選擇對應所述剩余能量值最大的路徑；篩選出大于所述鏈路質量的質量閾值的各所述路徑的鏈路質量，并從中選擇對應鏈路質量最大值的路徑；對所述K級節點按照上述步驟操作，獲得由K個節點連接構成的所述水下無線傳感器網絡最短路徑。2.根據權利要求1所述的一種水下無線傳感器網絡最短路徑路由計算方法，其特征在于，根據所述第i級節點的深度值、初次篩選后的第i+1級節點集合中各所述第i+1級節點的深度值和對應的所述往返時間計算所述第i級節點到多個所述第i+1級節點的方向與豎直方向的夾角的余弦值的步驟具體包括：根據公式(1)獲得所述第i級節點與所述第i+1級節點的深度差Δd，其中，d1表示所述第i級節點的深度值，d2表示所述第i+1級節點的深度值，p1表示所述第i級節點的壓力值，p2表示所述第i+1級節點的壓力值，g表示重力加速度，ρ表示水的密度；根據公式(2)獲得所述命令包傳播的距離s，s＝Δtv0(2)；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李梅菊，賈國慶，
申請(專利權)人：青海民族大學，
類型：發明
國別省市：青海,63