【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下信息，涉及水声通信网络、分层技术等，具体是一种面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法。
技术介绍
1、水声传感网络(uasns)是人类认识海洋、探索海洋的关键网络技术。它由分布在水下的诸多传感器节点组成，这些节点被用于感知和监测水下环境中的各种参数。目前，uasns在海洋科学、资源勘测和环境监测等领域已经展示出巨大的潜力。uasns中的节点通常由有限的能源供应，当能源消耗殆尽后很难补充或更换。因此，实现uasns的能量均衡对于延长网络寿命、确保网络覆盖范围、提高网络性能和质量，以及平衡节点负载具有重要意义。
2、分簇是目前uasns中一种有效的能量均衡方案。它将网络内所有的传感器节点分为两类：簇头节点(ch)和非簇头节点(n-ch)。ch负责对簇内其余成员节点的数据进行汇聚、整合和转发，而n-ch负责收集周围环境的信息并将这些信息以数据包的形式发送给所在簇的ch。通过分簇，可以大大减少参与数据转发的节点数量，降低数据包的传输碰撞，有效降低网络能耗，从而延长网络寿命。然而，网络内仍然面临着严重的能量热区问题。如果某个节点频繁充当ch，其能量将迅速耗尽，影响整个簇的正常运行。同时，靠近sink节点的区域以及节点密度较大的区域ch传输负载重，能量消耗很快，也会导致网络中节点的能量消耗不均衡。不均衡的能量消耗可能导致簇间通信异常、通信拥塞和网络性能下降。因此，设计能量均衡的分簇机制对于提升uasns的稳定性和鲁棒性至关重要。
3、在对uasns进行分簇设计时，研究人员通常会在初始化阶段对网
4、尽管现有uasns中的分层方法在一定程度上解决了能量热区问题，确保了网络的能量均衡，同时也有一些方法对距离sink节点较近区域的ch负载过重问题进行了解决，但仍然存在一些不足。第一，层级划分依赖深度或跳数的方式可能导致某些节点在同一层级内，但实际能量消耗差异较大。节点的深度或跳数并不一定与能耗直接相关，因此，仅仅依赖这些指标进行层级划分可能无法实现真正的能量均衡。第二，在特定层级内节点数量的平衡方面仍然存在挑战。由于现有分层区域的大小和形状是固定的，而节点随机部署在网络内，可能会导致某些区域的节点密度过高或过低，可能导致通信负载不平衡，进而影响网络的能量均衡。第三，现有的分层方法在动态网络环境下的适应性有限，静态设计可能无法满足节点能耗和通信负载的变化，导致能量均衡性能下降。因此，为了进一步提升uasns的能量均衡性能，应该继续改进分层方法，克服上述不足。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法。针对现有uasns分层方法在能量均衡性、通信负载平衡和动态适应性方面存在的不足，本专利技术提出了一种面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，旨在解决传统分层方法在网络初始化阶段难以根据节点的能耗和负载状况进行准确能量均衡层级划分的问题，同时通过动态适应性的调整和优化来有效提升网络的能量均衡和负载平衡性能，延长网络寿命，为海洋科学、资源勘测和环境监测等领域的应用提供更稳定、更可靠的网络基础。
2、由于在初始化阶段进行分层时，各节点还未正式开始工作，能耗及负载状况差异极小，所以无法根据这两种指标对网络进行准确分层。在uasns中，节点的密度和通信距离与能耗和负载状况之间存在一定的关联性。较远的通信距离需要节点耗费更多的能量来进行数据传输和接收；而较近的通信距离耗费的能量较少，同时通信距离也可以反映节点周围邻近节点的分布情况。如果节点周围的邻近节点分布密集，意味着其负载可能更高，需要处理更多的数据传输和接收任务；而如果节点周围的邻近节点分布稀疏，则节点的负载可能相对较低。因此，本专利技术提出了一种面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，利用节点密度和通信距离作为代替节点能耗和负载状况的指标，提供一种初步的估计和判断，从而指导网络静态非均匀层的划分。后续便可以根据节点实际的能耗和负载情况对网络的层级进行动态调整和优化，以实现更好的能量均衡和负载平衡。
3、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
4、步骤1：网络构建；
5、本专利技术考虑图1所示的水声传感器网络架构，水声传感器网络内包括部署在水面的一个sink节点和随机部署在水下指定区域的n个传感器节点i为水下传感器节点的集合，i∈s，s＝{1，2，…，n}；除此之外，uasns还具有如下特性：
6、1)sink节点的能量不受限制，负责接收水下传感器节点传递的数据，并将数据转发至陆地监测中心，并且具备与所有水下传感器节点直接通信的能力，通过gps实时获取自身位置信息；
7、2)所有水下传感器节点装配有相同的水声调制解调器；具有相同的初始能量和唯一的节点id；根据网络状况可以自适应调整发射功率；不考虑移动性，通过定位机制获取自身位置信息；
8、3)节点间的通信链路可靠且对称；
9、4)网络内所有类型的包都使用压缩编码技术进行压缩，以减少信息的冗余和传输所需的数据量；
10、至此，网络构建完成，执行步骤2；
11、步骤2：静态非均匀层划分；
12、初始化的分层过程由sink节点发起，如图2所示，以节点的通信半径r为基准，分别从垂直和水平方向对整个网络进行层级划分；定义h为网络的垂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，其特征在于包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，其特征在于：
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【技术特征摘要】
1.一种面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，其特征在于包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的面向分簇的水声传感网络能量均衡自适应分层方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的面向分簇的水声传感网...
【专利技术属性】
技术研发人员：申晓红，解伟亮，王海燕，闫永胜，王超，孙霖，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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