一种基于差分的水下传感器网络适应路由的方法

摘要

本发明总体上涉及网络通信技术领域，更具体地涉及一种水下传感器网络的路由方法。本发明路由方法包括下列几个组成部分：（1）节点级别定义；（2）节点级别信息的获取与更新过程；（3）邻居节点信息记录；（4）基于级差的定向泛洪机制；（5）基于级差、节点密度和剩余能量的适应路由步骤；（6）基于级别与距离的差分地理路由步骤。本发明具有下列优点：基于邻居表信息确定最佳下一跳的适应路由减少了冗余路径，在很大程度上提高了能量效率；适应路由采用立即路由，避免了传统水下UWSN路由对接收包的抑制时间，减少了端到端的延时。大量的仿真实验证明，基于差分的水下传感器网络适应路由协议能够在很大程度上降低能耗、减小端到端的时延，提高节点利用的公平性，延长整个网络生存期。

主权项

一种基于差分的水下传感器网络适应路由方法，其特征在于，所述的路由包括以下几个部分：1）为节点定义级别，代表节点的重要程度；节点级别的获取与更新借助下行控制分组的定向泛洪过程完成；2）每个节点保存一个邻居表，记录两跳以内的邻居节点的信息，包括：节点ID、级别、位置、剩余能量、父节点及老化时间的信息；中间节点基于数据包流向、目的位置和邻居表信息执行路由决策；3）对于下行广播和目的节点位置未知的单播控制分组，基于级差的定向泛洪机制执行路由；4）对于上行数据分组，采用基于级差、节点密度和剩余能量的适应路由；5）对于已知目的节点位置信息的下行单播控制分组，采用基于级别与距离的差分地理路由；所述的节点级别定义：UWSN通信以SINK节点为中心，数据分组或来自传感器节点，或目的为SINK节点；其附近的传感器节点负责为SINK节点的通信执行中继，构成UWSN网络的重要支撑；节点级别表示节点对网络的重要程度；所述的节点级别信息的获取与更新过程为：1）节点定位是UWSN的必不可缺的过程，节点级别信息的获取与更新借助这一过程完成；在信标节点定期广播的位置信息分组的首部字段中包含级别字段，表示上一跳节点的级别，接收节点可根据该字段值经过计算后得到自身的级别，当定位过程完成，网络达到收敛后，每个节点都将得到自己的级别信息；2）当传感器节点的级别尚未过期时，节点每收到一个下行分组定位或其它控制信息，都会对分组中的级别字段同自身的级别进行比较；如果分组中的级别较小，节点将经过计算更新自己的包括老化时间在内级别信息；所述的邻居表中记录的邻居节点信息来自于下行分组；在SINK节点发送的控制分组或定期广播的定位分组中，首部字段包括SINK节点ID、转发节点ID、转发节点级别信息，其数据字段包括转发节点及其一跳邻居节点的位置、剩余能量信息，接收节点以此获取两跳以内的邻居信息，包括节点ID、级别、位置、剩余能量、父节点及老化时间；所述的基于级差的定向泛洪机制：当节点收到下行的控制分组时，提取分组首部级别字段的值，并与自己的级别进行比较，若，将分组中相应字段的信息进行替换后转发，否则不做任何处理；所述的基于级差、节点密度和剩余能量的适应路由：当收到上行分组时，基于邻居节点级别确定候选节点，并基于节点密度和剩余能量为每个候选节点计算期望因子：；这里为候选节点的期望因子，，，为节点密度，即候选的下一跳节点数量，为节点的剩余能量，为节点的初始能量；则期望因子最大的候选节点当选为最佳下一跳节点；所述的基于级别与距离的差分地理路由：接收节点基于分组首部的级别字段值与自身级别的差判断是否需要转发该分组；在邻居表中找到比上一跳节点更接近目的节点的两跳的邻居节点，确定当前节点到节点的下一跳节点为候选下一跳，为每个候选下一跳计算期望因子；其中，，为水下声波的传输范围；若经过步骤2）没有找到候选下一跳，节点在邻居表中查找比上一跳节点更接近目的节点的一跳邻居节点并计算期望因子；期望因子最大的候选节点当选为最佳的下一跳节点。