【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下通信，具体为一种水下传感器网络节点通信路径选择方法。
技术介绍
1、水下传感器网络作为一种新兴的监测和数据收集技术，广泛应用于海洋环境监测、资源勘探、军事侦察等领域。由于水下环境的复杂性，如水流速度、温度变化和水体浑浊度等因素，会对信号传播产生显著影响，从而导致数据传输的成功率降低。传统的通信路径选择方法多依赖于静态规则或固定策略，未能充分考虑动态环境的变化，导致通信过程中的延迟、丢包及能耗问题。此外，现有技术通常缺乏实时监测和反馈机制，未能及时调整通信策略以应对环境条件的变化。因此，开发一种基于实时环境参数和智能算法的动态通信路径选择方法，能够显著提升水下传感器网络的通信效率和稳定性，是解决当前技术瓶颈的重要方向。
2、现有技术存在以下不足：
3、现有水下传感器网络的通信路径选择方法往往依赖于静态规则，难以适应复杂多变的水下环境，导致通信效率低下和数据传输不稳定。此外，传统方法通常缺乏实时环境监测和动态调整机制，未能充分利用环境参数的数据，从而无法准确评估不同路径的传输质量。这种静态和单一策略的局限性使得网络容易受到环境因素的影响，导致通信失败或延迟，影响整体水下监测系统的可靠性和效率。因此，亟需一种能够实时分析环境数据并动态优化路径选择的智能方案，以提升水下通信的质量和稳定性。
4、在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
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2、一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，具体步骤包括：
3、步骤1：在水下传感器通信网络的各个节点上部署环境传感器采集环境参数，对采集的环境参数进行分析，获取水下传感器网络节点各通信路径的传输有效性，所述环境参数包括水流速度、水温和水浑浊度；
4、步骤2：从历史数据中获取每条通信路径成功接收到的数据量和发送的数据总量，计算水下传感器通信网络中每条通信路径通信的传输成功率，分析每条通信路径通信的传输成功率与水下传感器网络的传输有效性，获取每条通信路径的传输质量；
5、步骤3：基于机器学习算法构建路径传输质量模型，输入每条通信路径的传输有效性和传输成功率作为训练集，该路径对应时间戳的传输质量作为标签，对路径传输质量模型进行训练；
6、步骤4：实时采集当前时刻的环境参数，通过路径传输质量模型获取当前时刻每条通信路径的传输质量，依据多目标优化算法进行动态路径选择，计算每条通信路径的综合评分，并确认最佳路径；
7、步骤5：对当前通信环境进行判断，确定通信模式，并在所选择的最佳路径上建立通信通道；
8、步骤6：实时监测当前通信路径的传输质量，若当前传输质量低于设定阈值，则更新路径选择与通信模式。
9、进一步地，获取各传感器的传输有效性所依据的具体逻辑为：
10、在每个传感器网络节点处安装水流度传感器、温度传感器和浑浊度传感器，每条通信路径上个节点环境传感器采集的环境参数的均值标定为该通信路径的环境参数，标定采集时刻的水流速度、水温和水浑浊度为，获取水下传感器网络节点通信路径的传输有效性所依据的公式为：
11、；
12、其中，为时刻第条路径的传输有效性，为时刻第条路径的浑浊度，为时刻第条路径的水温，为温度的最优值，和为环境影响系数，，且。
13、进一步地，获取各个节点传感器所在路径的传输质量所依据的具体逻辑为：
14、所述每条通信路径的成功率即为每条通信路径上成功接收到的数据量占发送的数据总量的百分比，获取每条通信路径的成功率所依据的公式为：
15、；
16、其中，为时刻第条路径的传输成功率，为时刻第条路径成功接收到的数据量，维护便捷时刻第条路径发送的数据总量；
17、计算每条通信路径的传输质量所依据的公式为：
18、；
19、其中，为时刻第条路径的传输质量，为权重系数，，且。
20、进一步地，构建路径传输质量模型所依据的具体逻辑为：
21、获取每条通信路径上的环境参数、成功接收到的数据量和发送的数据总量，并计算每条通信路径的传输有效性和传输成功率，每条通信路径的传输有效性、传输成功率与对应时间戳的传输质量生成样本数据集，将样本数据集分为训练集和测试集，划分比例为7:3，输入每条通信路径的传输有效性和传输成功率，该路径对应时间戳的传输质量作为标签，采用强化学习中的算法对路径传输质量模型进行训练，训练好的路径传输质量模型再输入测试集中的数据进行测试，选择监测值的变化来评估指标，当值的变化值时，标志着路径传输质量模型训练完毕。
22、进一步地，确认最佳路径所依据的具体逻辑为：
23、通过分析当前时刻的环境参数，输入当前时刻每条通信路径的传输有效性和传输成功率，得到当前时刻每条通信路径的传输质量，并计算当前时刻每条通信路径的综合评分，计算每条通信路径的综合评分所依据的公式为：
24、；
25、其中，为当前时刻第条路径的综合评分，为当前时刻模型输出的第条路径的传输质量，为当前时刻第条路径的能耗，单位为，为权重因子；
26、对每条通信路径的综合评分进行排序，选择综合评分最高的通信路径作为当前时刻的最佳通信路径。
27、进一步地，确定当前通信模式所依据的具体逻辑为：
28、对当前通信环境进行判断，若当前时刻水流速度大于预设的水流速度阈值，选择声学通信，若当前时刻水浑浊度小于预设的水浑浊度阈值，且水温在范围内，选择光学通信，若以上情况均不满足，选择无线电通信；确定通信模式后，在所选择的最佳路径上建立通信通道，为最低水温阈值，为最高水温阈值。
29、进一步地，判断当前通信状态所依据的具体逻辑为：
30、实时监测每条通信路径的传输质量，若当前传输质量低于预设的传输质量阈值，则重新执行步骤4至步骤5，更新路径选择与通信模式。
31、在上述技术方案中，本专利技术提供的技术效果和优点：
32、本专利技术结合水下的水流速度、水温和水浑浊度来分析并确定通信路径，显著提高了水下传感器网络的通信路径选择效率和传输质量，通过实时调整路径选择和采用适合的通信模式，最大限度地提升了网络的传输效率和可靠性。此外，实施动态路径选择与多模式通信的结合，使得水下传感器网络在不同环境条件下都能保持较高的通信质量。这一创新步骤不仅提升了整体方案的性能，还为水下通信的可持续发展和应用扩展提供了强有力的支持，推动了相关技术的进步和产业化应用。
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1.一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，获取各传感器的传输有效性所依据的具体逻辑为：
3.根据权利要求2所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，获取各个节点传感器所在路径的传输质量所依据的具体逻辑为：
4.根据权利要求3所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，构建路径传输质量模型所依据的具体逻辑为：
5.根据权利要求4所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，确认最佳路径所依据的具体逻辑为：
6.根据权利要求5所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，确定当前通信模式所依据的具体逻辑为：
7.根据权利要求6所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，判断当前通信状态所依据的具体逻辑为：
【技术特征摘要】
1.一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，获取各传感器的传输有效性所依据的具体逻辑为：
3.根据权利要求2所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，其特征在于，获取各个节点传感器所在路径的传输质量所依据的具体逻辑为：
4.根据权利要求3所述的一种水下传感器网络节点通信路径选择方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明明，边可瀚，鲍紫莹，白岩松，周竹，黄俊超，戴宇佳，沈勇，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：
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