一种水声传感器网络自适应概率转发路由协议制造技术

本发明专利技术提供了一种水声传感器网络自适应概率转发路由协议，将最大化贪婪的进度，提高转发集选择方法的效率，最终达到高效转发数据包的结果，从结果也能看出，提出的协议也维持住了较低的能量消耗。本发明专利技术适用于稀疏且拓扑多变的水下网络环境。首先对转发区域进行进行划分，划分出转发区域与非转发区域。接下来进行概率自适应传输，与已有的机会路由传输相比，省去了等待时长，端到端延迟大大降低，候选集节点选择具有一致性，保证了节点选择的公平性，采用NS2实现了APFP协议并对其进行了仿真验证，具有明显优势。具有明显优势。具有明显优势。

【技术实现步骤摘要】
一种水声传感器网络自适应概率转发路由协议


[0001]本专利技术涉及水声传感器网络、水声路由协议
，尤其是针对稀疏水声传感器网络路由协议的实现方法。

技术介绍

[0002]水声传感器网络是一种很有前景的技术，将促进广泛的水下应用，由于恶劣的水下环境，面临着巨大的挑战和问题，如有限的带宽、节点移动、长传播延迟、三维部署、能量限制、昂贵的制造和部署成本，这些都限制着UASNs路由协议的性能，因此，如何设计出高转发效率的水声路由协议成为关键。
[0003]水声传感器网络路由协议可以分为基于位置的路由协议和无位置路由协议。无位置的路由协议也被称为泛洪，泛洪允许节点将第一个接收到的数据包重新广播给所有的邻居，导致广播风暴问题。为了解决广播风暴问题，提出方向泛洪转发策略，让节点按照一定的概率参与广播过程。然而，无位置的路由协议在进行路由决策时并不知道网络的拓扑信息，为了克服这个问题，基于位置的路由协议假设每个节点都知道自己的地理信息。因此，每个节点都有一个网络拓扑的完整视图，通过这个视图可以有效地路由数据包。
[0004]基于位置的路由协议关键在于如何根据节点的地理信息选择下一跳邻居节点，以及如何设计候选集结点的选择规则。在稀疏的水声网络环境中，存在由海水腐蚀造成的节点易失效问题，由水流作用造成的节点随机移动问题，导致网络拓扑动态变化，如何使所有候选集节点协调一致在掌控范围内，筛选出“理想”节点转发数据包，使数据包转发更加高效在水下环境中成为挑战。
[0005]现有的基于位置的路由协议主要采用的转发策略为机会路由转发策略，而机会路由转发策略只让少数节点参与转发，每个节点参与转发数据包时都需延长一段时间，因此存在着端对端延迟高，计算量大的缺点。基于矢量转发的VBF协议是典型的的水声传感器网络基于位置的机会路由协议之一，它使用源、汇和中间转发节点的位置信息来计算“路由管道”，数据包通过这个管道从源节点被传输到目的节点，只有这个管道中的节点可以转发。通过这种方式，VBF不仅减少了网络流量，还管理了网络动态拓扑。然而，恒定布线管道半径阈值对VBF的性能有显著影响，仅仅在管道内可能无法寻找到合适的下一跳节点，特别是在稀疏的水下网络，所以需要设计一种方案摆脱管道的束缚。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种水声传感器网络自适应概率转发路由协议。本专利技术需要解决的技术问题是提供一种应用于水声传感器网络的地理路由协议方法，该方法适应稀疏的拓扑复杂多变的水下环境，并可实现高效率转发路由。因此，设计一种自适应概率转发路由协议(Adaptive Probability Forwarding Routing Protocal based on location，APFP)，既要克服机会路由协议中等待时间造成的端到端延迟大的问题，还要降低稀疏网络中可能寻找不到下一跳节点的概率，减少空洞发生的可能性。将最大
化贪婪的进度，提高转发集选择方法的效率，最终达到高效转发数据包的结果，从结果也能看出，提出的协议也维持住了较低的能量消耗。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤1：网络中每个节点维护两张路由表Q1和Q2，Q1记录节点要传输的数据DATA和节点的等待时间HT，Q2记录发送过的数据包及数据包编号；
[0009]步骤2：源节点A有数据需要发送，但是源节点没有到目的节点的路由，此时开启路由发现过程；源节点获取自己的地理位置信息(x
A
,y
A
，z
A
)，中继节点B获取自己的地理位置(x
B
，y
B
，z
B
)，目的节点C获取自己的地理位置(x
C
，y
C
，z
C
)；之后中继节点B首先判断自己是否位于转发区域内，发送节点A的中继节点B可选转发区域表示如下式：
[0010][0011]其中，r为节点通信范围；
[0012]步骤3：源节点A获取自已的地理位置信息后，计算中继节点B的额外通信范围额外通信范围为中继节点B的通信范围减去源节点A与B的通信范围相交部分，计算公式如下：
[0013][0014]其中，表示中继节点B的通信范围，V
球
表示以节点通信范围为半径的球体体积，∫∫∫
Ω
V表示源节点A与中继节点B通信范围相交的部分；
[0015]步骤4：源节点计算额外通信范围的期望值如下式：
[0016][0017]其中，S
球
表示以节点通信范围为半径的球体表面积；
[0018]步骤5：源节点A求出额外通信范围为期望值下的源节点A与中继节点B的距离d
*
：
[0019]d
*
＝0.6955r
[0020]步骤6：根据下式估算下一跳中继节点B的转发概率P
F
，并在路由请求分组中添加P
F
信息：
[0021][0022]其中，η代表衰减因子，取常数，d为发送节点A与中继节点B之间的距离；
[0023]步骤7：中继节点B接收到其他节点的数据包后，根据中继节点B的路由表Q2判断是否重复接收，如果接收的数据包为中继节点B已发送过的数据包及数据包编号，则判断为重复接收，丢弃分组；如果不是重复接收，则进入步骤8；
[0024]步骤8：节点转发因子a的计算公式为：
[0025][0026]其中，d'为中继节点B离发送节点A所在转发区域平面P的垂直距离；
[0027]步骤9：节点等待时间HT的计算公式为：
[0028][0029]其中，T
delay
为节点转发的最大延迟，v为水下声速，取1500m/s；
[0030]步骤10：中继节点B在等待了等待时间HT后，进行转发；
[0031]步骤11：采用带有扩展仿真包Aqua
‑
Sim的NS2对水下传感器网络进行仿真研究；通过TCL编写各指标脚本，并通过TRACE脚本记录统计指标，通过指标对协议的性能进行验证。
[0032]所述衰减因子η取常数。
[0033]所述水下声速v取1500m/s。
[0034]所述指标包括如下三个：
[0035]1)分组投递率P
delivery
[0036][0037]其中P
R
表示成功到达目的地的数据分组数，P
S
表示源节点发送的数据分组总数；
[0038]2)平均端到端延迟Avdelay；
[0039][0040]其中N表示成功传输的数据分组数，R
time
(i)表示第i个分组到达目的节点的时间，S
time
(i)表示第i个分组的发送时间；
[0041]3)平均能量消耗Avenconsum
[0042][004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水声传感器网络自适应概率转发路由协议其特征在于包括下述步骤：步骤1：网络中每个节点维护两张路由表Q1和Q2，Q1记录节点要传输的数据DATA和节点的等待时间HT，Q2记录发送过的数据包及数据包编号；步骤2：源节点A有数据需要发送，但是源节点没有到目的节点的路由，此时开启路由发现过程；源节点获取自己的地理位置信息(x
A
，y
A
，z
A
)，中继节点B获取自己的地理位置(x
B
，y
B
，z
B
)，目的节点C获取自己的地理位置(x
C
，y
C
，z
C
)；之后中继节点B首先判断自己是否位于转发区域内，发送节点A的中继节点B可选转发区域表示如下式：其中，r为节点通信范围；步骤3：源节点A获取自己的地理位置信息后，计算中继节点B的额外通信范围额外通信范围为中继节点B的通信范围减去源节点A与B的通信范围相交部分，计算公式如下：其中，表示中继节点B的通信范围，V
球
表示以节点通信范围为半径的球体体积，∫∫∫
Ω
V表示源节点A与中继节点B通信范围相交的部分；步骤4：源节点计算额外通信范围的期望值如下式：其中，S
球
表示以节点通信范围为半径的球体表面积；步骤5：源节点A求出额外通信范围为期望值下的源节点A与中继节点B的距离d
*
：d
*
＝0.6955r步骤6：根据下式估算下一跳中继节点B的转发概率P
F
，并在路由请求分组中添加P
F
信息：其中，η代表衰减因子，取常数，d为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，张奕然，申晓红，王娟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：