本發(fā)明涉及水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)、水聲路由協(xié)議技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

海洋工程已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)研究的一大熱點，水聲通信是在開發(fā)海洋資源和發(fā)展海洋軍事中的關(guān)鍵技術(shù)之一，研究和開發(fā)水聲通信系統(tǒng)具有非常重要的科研意義和應(yīng)用價值。隨著無線組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為水聲通信的支撐技術(shù)。近些年，研究人員在水聲信道、水聲調(diào)制解調(diào)器、MAC、路由等諸多方面對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)展開了研究，取得不小的進展。

水下的通信環(huán)境非常嚴苛，水聲信道是一種雙選擇性衰落信道，具有時變、空變、頻變的特點，存在嚴重的多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)往往需要通過多跳路徑將收集到的數(shù)據(jù)傳遞到海面的匯聚節(jié)點，因此如何在多徑干擾嚴重、背景噪聲大、時延擴展大、可用帶寬窄的水聲通信環(huán)境中提供可靠的路由是水聲通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵之一。

水聲通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間通常需要通過多跳路由進行通信，因此需要在源節(jié)點與目的節(jié)點間建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。傳統(tǒng)的路由通過建立路由表并對其進行維護，或者在數(shù)據(jù)發(fā)送前通過路由發(fā)現(xiàn)過程尋找到發(fā)送節(jié)點到目的節(jié)點的路徑，但是，這兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式都需要建立、維護路由的過程，這個過程對陸地?zé)o線電通信產(chǎn)生的影響并不大，但是基于上述水聲通信的挑戰(zhàn)，這個過程會占用水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)大量的信道資源，不適用于水聲通信。

本發(fā)明針對上述問題提出了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議，在不增加額外的開銷的情況下，利用了水聲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性以及中間節(jié)點正確接收數(shù)據(jù)包的概率，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議的實現(xiàn)方法，采用深度和跳數(shù)信息作為轉(zhuǎn)發(fā)集確定條件和等待時間計算因素，解決了空白區(qū)域和路徑走偏的路由問題，同時減小了網(wǎng)絡(luò)開銷，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議的實現(xiàn)方法，所述方法包括以下步驟：

1)水面的匯聚節(jié)點周期性向水下的傳感器節(jié)點廣播查詢幀，水下的傳感器節(jié)點通過轉(zhuǎn)發(fā)查詢幀獲得到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)；

2)將水下的任意傳感器節(jié)點作為源節(jié)點通過廣播信道向水面的匯聚節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包；

3)相鄰的傳感器節(jié)點收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)自身的跳數(shù)和深度來判斷自身是否屬于中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集，所有的傳感器節(jié)點通過自身攜帶的壓力傳感器實時獲取和更新自己的深度，若屬于中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集，則等待一段時間后發(fā)送數(shù)據(jù)包，傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)越小，深度越淺，則等待時間越短，若傳感器節(jié)點在等待時間內(nèi)監(jiān)聽到其他傳感器節(jié)點發(fā)送了相同的數(shù)據(jù)包，則該傳感器節(jié)點放棄發(fā)送該數(shù)據(jù)包；

4)重復(fù)步驟3)直至水面的匯聚節(jié)點收到該數(shù)據(jù)包。

優(yōu)選的，步驟1)中，查詢幀攜帶查詢幀ID、深度、跳數(shù)，所述深度用于記錄上一跳傳感器節(jié)點深度，初始值為0，所述跳數(shù)用于記錄上一跳傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)，初始值為0。

優(yōu)選的，步驟1)中，每個水下傳感器節(jié)點維持著本地深度信息、本地跳數(shù)信息，并分配內(nèi)存來儲存收到的查詢幀ID序列，用以判斷收到的查詢幀是否為第一次收到。

優(yōu)選的，步驟1)中，水下的傳感器節(jié)點收到查詢幀后，先通過自身存儲的收到過的查詢幀ID序列判斷自己是否是第一次收到該查詢幀，如果不是，則丟棄該查詢幀，如果是，則繼續(xù)判斷傳感器節(jié)點自身的深度是否比查詢幀深度中的深度值大，如果是，則將查詢幀的跳數(shù)值加一并復(fù)制到傳感器節(jié)點本地的跳數(shù)中，并將自己的深度值復(fù)制到查詢幀的深度來覆蓋原來的值，然后，傳感器節(jié)點將跳數(shù)、深度更改后的查詢幀進行廣播。

優(yōu)選的，為了保證查詢幀沿自上而下的傳播方向，如果傳感器節(jié)點的深度比它收到的查詢幀的深度的值小，則該傳感器節(jié)點丟棄該查詢幀。

優(yōu)選的，步驟2)中，所述源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包的包頭除了包含數(shù)據(jù)包ID、源節(jié)點的深度、源節(jié)點相對于匯聚節(jié)點的跳數(shù)之外，還包含一個深度變量用于記錄后續(xù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的深度。

優(yōu)選的，步驟3)中，相鄰的傳感器節(jié)點判斷自己是否屬于中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集的條件為：該相鄰傳感器節(jié)點的深度比上一跳傳感器節(jié)點的深度淺，同時該相鄰傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點的跳數(shù)比源節(jié)點到達匯聚節(jié)點的跳數(shù)要小倍數(shù)m；這就意味著相鄰傳感器節(jié)點的跳數(shù)和深度必須滿足以下條件才能具有轉(zhuǎn)發(fā)資格：N_r≤m×N_r-1，D_r≤D_r-1，其中N_r為當(dāng)前傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)，N_r-1為上一跳傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)，D_r為當(dāng)前傳感器節(jié)點的深度，D_r-1為上一跳傳感器節(jié)點的深度，m為一個小于1的常數(shù)。

優(yōu)選的，步驟3)中，具有轉(zhuǎn)發(fā)資格的相鄰的傳感器節(jié)點的等待時間t_r的計算公式為：

其中k為等待系數(shù)，R_s表示源節(jié)點的傳播范圍，c為聲波在水中的傳播速度，N_r為當(dāng)前傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點跳數(shù)，N_s為源節(jié)點到達匯聚節(jié)點的跳數(shù)，在該公式中，傳感器節(jié)點深度越淺，跳數(shù)越小，等待時間也就越短。

優(yōu)選地，步驟3)中，當(dāng)?shù)却龝r間結(jié)束，傳感器節(jié)點廣播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，其他屬于中繼轉(zhuǎn)發(fā)集的傳感器節(jié)點監(jiān)聽到該傳感器節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)則停止等待計時。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明提供一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議，僅采用深度和跳數(shù)作為確定路由的信息，極大地減小了網(wǎng)絡(luò)開銷，減輕了水聲信道延時大的負擔(dān)。

2、本發(fā)明提出鄰居節(jié)點要滿足一定的跳數(shù)條件才可以具有轉(zhuǎn)發(fā)資格，從而剔除了可能發(fā)生路徑走偏的高跳數(shù)節(jié)點和跳數(shù)失效的空白區(qū)域節(jié)點，進而避免了常見的路徑走偏和空白區(qū)域的路由問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議的示意圖。

圖3是本發(fā)明的路由協(xié)議實現(xiàn)方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

圖1為本發(fā)明所述的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖，圖2為本發(fā)明實施例的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議的示意圖，結(jié)合上述結(jié)構(gòu)圖和示意圖，本實施例公開了一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議的實現(xiàn)方法，如圖3所示，具體包括下述步驟：

1)水面的匯聚節(jié)點周期性向水下的傳感器節(jié)點廣播查詢幀，水下的傳感器節(jié)點通過轉(zhuǎn)發(fā)查詢幀獲得到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)；

2)將水下的任意傳感器節(jié)點作為源節(jié)點通過廣播信道向水面的匯聚節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包；

3)相鄰的傳感器節(jié)點收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)自身的跳數(shù)和深度來判斷自身是否屬于中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集，所有的傳感器節(jié)點通過自身攜帶的壓力傳感器實時獲取和更新自己的深度，若屬于中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集，則等待一段時間后發(fā)送數(shù)據(jù)包，傳感器節(jié)點到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)越小，深度越淺，則等待時間越短，若傳感器節(jié)點在等待時間內(nèi)監(jiān)聽到其他傳感器節(jié)點發(fā)送了相同的數(shù)據(jù)包，則該傳感器節(jié)點放棄發(fā)送該數(shù)據(jù)包；

4)重復(fù)步驟3)直至水面的匯聚節(jié)點收到該數(shù)據(jù)包。

結(jié)合圖2來具體說明，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)機會路由協(xié)議包括以下步驟：

1.節(jié)點A、B、C、D、E、F、G通過步驟1)獲得自身到達匯聚節(jié)點所需的跳數(shù)，同時通過隨身攜帶的壓力傳感器獲得自身的深度。

2.假設(shè)節(jié)點E采集到數(shù)據(jù)需要發(fā)送，此刻節(jié)點E作為源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包PACKET I,設(shè)PACKET I的包ID為137，PACKET I包頭存儲了源節(jié)點E的深度D_E為27m，跳數(shù)N_E為6。

3.A、B、C、D、F、G節(jié)點都收到源節(jié)點E廣播的數(shù)據(jù)包PACKET I，此刻它們需要各自判斷自己是否屬于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集。若要節(jié)點屬于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集，需滿足兩個條件：首先，該節(jié)點的深度比上一跳節(jié)點的深度淺，其次該節(jié)點到達匯聚節(jié)點的跳數(shù)比源節(jié)點達到匯聚節(jié)點的跳數(shù)要小一定的倍數(shù)k。設(shè)定k值為1，節(jié)點A、B、C、D、F、G的深度分別為D_A為28m、D_B為26.5m、D_C為26.7m、D_D為26m、D_F為26.7m、D_G為26.7m,跳數(shù)分別為N_A為6、N_B為5、N_C為5、N_D為4、N_F為失效、N_G為9，節(jié)點F由于處于空白區(qū)域，收不到匯聚節(jié)點自上而下發(fā)起的查詢幀，所以不具有有效的跳數(shù)信息。

A節(jié)點深度比PACKET I中深度表的值要深，D_A>D_E，故不滿足條件，不屬于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集。節(jié)點G跳數(shù)太高，不滿足N_G<k×N_E，節(jié)點F屬于空白區(qū)域，不具備有效的跳數(shù)，不滿足N_F<k×N_E，故F、G都不具備轉(zhuǎn)發(fā)資格，節(jié)點B，C，D分別滿足D_B<D_E,N_B<k×N_E、D_C<D_E,N_C<k×N_E、D_D<D_E,N_D<k×N_E，所以節(jié)點B，C，D屬于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集。節(jié)點B的等待時間由公式為

計算可得分別為9.38×10^-3us，其中設(shè)R_s為2m,c為3×10^-8s，節(jié)點C、D由相同的計算公式算得t_C＝9.45×10^-3us、t_D＝9.11×10^-3us。由此可看出，節(jié)點D的等待時間最短，它在等待9.11×10^-3us后廣播了PACKET I，此時節(jié)點B和C還在等待時間內(nèi)，它們監(jiān)聽到了D已經(jīng)發(fā)送了PACKET I，為了避免沖突和資源浪費，它們放棄了轉(zhuǎn)發(fā)該包。

4.依照和重復(fù)上述步驟的路由方法，直至水面的匯聚節(jié)點收到PACKET I。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明專利構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。