【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下通信相关，尤其涉及基于改进uwsn路由算法的水下信息传输方法及装置。
技术介绍
1、水下无线传感器网络(underwater wireless sensor networks，uwsn)作为一种全新的水下信息获取方式，已经成为当前海洋物联网领域的研究热点。水下环境具有端到端时延高、链路质量差、网络利用率较低、易出现路由空洞以及复杂移动性等问题。
2、在传统的uwsn算法中，节点的地理位置被视为主要考量因素之一。该路由算法的优点是节点静态布置，寻径简单快速。但节点具有一定的移动性，使用地理位置作为考量因素会导致建立最短路径的成功率大大降低，网络性能无法得到保障。
3、因此，近几年研究水下路由使用定向扩散的方法，放弃建立路由，让中继节点实时的计算最优的下一跳并将数据传输过去。该方法改善了传统uwsn算法需要大量时间维护路由信息的缺点，减少了维护路由的时延，更加适用于移动性强的uwsn。但该方法局部性较强，最终可能导致数据无法正确传输至目的节点，降低了传输的可靠性。
4、在现有uwsn路由协议的研究中，统计近十年文献，uwsn的路由协议大致可分为三类：基于位置信息的路由、扁平路由和分簇路由。
5、2006年xie p等人提出的矢量转发协议(vector based forwarding，vbf)是一种经典的基于位置信息的路由协议，通过在普通节点和sink节点之间建立虚拟信道的方式进行数据传输，提高了数据包传递率，减少了网络耗能。但在网络稀疏的状态下容易导致空洞问题；ni
6、扁平路由的代表则是基于深度路由协议(depth based routing，dbr)。dbr协议通过压力传感器获取各个节点的深度信息，并根据深度信息选择传输路径，有效节省能量，延长了网络生存周期，但同样存在空洞问题。h2-dbr路由协议与dbr协议不同的是只考虑下一跳的目的结点，因此无需考虑完整的数据传输路径，其缺点是因为要使用hello包分配动态地址而导致能量消耗较快。
7、分簇路由则包括分布式水下分簇协议(distributed underwater clusteringscheme，ducs)，基于位置分簇协议(location-based clustering algorithm for datagathering，lcad)等。分簇路由是将众多传感器节点分成若干集群，每个集群由选举的簇头统一管理并收集数据，再将数据传输至sink节点，图1为ducs算法示意图。
8、以上分簇算法没有考虑到水下节点的移动性及负载率，从而导致网络信息衰减问题和冲突问题频繁出现，节能性、实时性与可靠性较差。国内外学者在水下无线路由协议的问题上，提出了众多解决方案。主要解决了水下传输介质不同导致的传输效率低下，传输时延长等问题。但在节点移动性与节点负载率带来的传输困难方面考虑较少。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了至少解决现有技术的不足之一，提供基于改进uwsn路由算法的水下信息传输方法及装置。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
3、具体的，提出基于改进uwsn路由算法的水下信息传输方法，包括以下：
4、步骤110、构建水下信息传输网络模型，所述水下信息传输网络模型包括多个水下移动节点m以及sink节点s；
5、步骤120、基于任意水下移动节点的节点负载率以及剩余能量从多个水下移动节点m中挑选出核心节点以构建核心节点集n，并基于sink节点s以及核心节点集n构建至少一棵传输路径树；
6、步骤130、设定权值计算公式并获取任意待传输数据的水下移动节点j的当前位置，于核心节点集n中找寻综合权值最大的核心节点k；
7、步骤140、由核心节点k于其所处的传输路径树中向上一层进行逐层数据传输；
8、且预定义传输路径树构建方式如下，
9、将水下环境自下而上分为多层，同层的核心节点属于兄弟节点，相互之间不会进行数据传输；每层的核心节点会选择上一层中权值最大的核心节点作为父节点，并将数据传输至父节点，第一层的核心节点则会将数据直接传输至最近的sink节点处。
10、进一步，具体的，基于任意水下移动节点的节点负载率以及剩余能量从多个水下移动节点m中挑选出核心节点集n，包括，
11、针对任意水下移动节点i，计算其节点负载率lfi如下式，
12、
13、其中，为节点i此时接收的包的字节数，指节点i的总缓冲大小，
14、则核心节点集n表示为下式，
15、n＝{lfi<δ}∩{em>eδ}，
16、其中，em表示节点的剩余能量，eδ表示能量阈值，δ为负载率阈值。
17、进一步，具体的，基于信息传输距离、节点负载率以及剩余能量计算综合权值，权值计算公式的设定过程包括，
18、针对核心节点集n中的任意水下移动节点m，计算其相对水下移动节点j的权值w如下式，
19、
20、其中，d是当前节点即水下移动节点j到候选下一跳节点即核心节点集n中的任意水下移动节点m的距离；l是候选下一跳节点的节点负载率；e是候选下一跳节点的剩余能量，且l和e的取值范围都为[0，1]，α、β、δ为系数常数通过预先设定的方式确定。
21、进一步，所述方法还包括，
22、当核心节点集n中存在任意节点n不再满足成为核心节点的条件即存在节点负载率不小于δ或剩余能量不大于eδ的情况时，
23、判断该节点n是否存在子节点，若存在子节点则找寻核心节点集n中距离节点n最近的核心节点作为节点n的嫁接节点，将节点n的嫁接节点替换节点n于任意传输路径树中的位置以更新传输路径树，并将节点n从核心节点集n中剔除；若不存在子节点则直接将节点n从核心节点集n中剔除；
24、以更新后的传输路径树进行水下信息传输。
25、进一步，具体的，负载率阈值δ设置为1，能量阈值eδ设置为50j。
26、本专利技术还提出基于改进uwsn路由算法的水下信息传输装置，包括：
27、网络模型构建模块，用于构建水下信息传输网络模型，所述水下信息传输网络模型包括多个水下移动节点m以及sink节点s；
28、传输路径树构建模块，用于基于任意水下移动节点的节点负载率以及剩余能量从多个水下移动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于改进UWSN路由算法的水下信息传输方法，其特征在于，包括以下：
2.根据权利要求1所述的基于改进UWSN路由算法的水下信息传输方法，其特征在于，具体的，基于任意水下移动节点的节点负载率以及剩余能量从多个水下移动节点m中挑选出核心节点集N，包括，
3.根据权利要求1所述的基于改进UWSN路由算法的水下信息传输方法，其特征在于，具体的，基于信息传输距离、节点负载率以及剩余能量计算综合权值，权值计算公式的设定过程包括，
4.根据权利要求2所述的基于改进UWSN路由算法的水下信息传输方法，其特征在于，所述方法还包括，
5.根据权利要求2所述的基于改进UWSN路由算法的水下信息传输方法，其特征在于，具体的，负载率阈值Δ设置为1，能量阈值EΔ设置为50J。
6.基于改进UWSN路由算法的水下信息传输装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于改进UWSN路由算法的水下信息传输装置，其特征在于，具体的，基于任意水下移动节点的节点负载率以及剩余能量从多个水下移动节点m中挑选出核心节点集N，包括，
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