一种两级异构分簇的水下无线传感器网络及其路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种两级异构分簇的水下无线传感器网络及其路由方法，包括上层传感器节点、下层传感器节点、海面上的sink节点以及陆地上的基站；水下无线传感器网络监测区域内所有传感器节点形成两级异构分簇结构，下层传感器节点形成第一级簇及第一级簇头节点，上层传感器节点形成第二级簇及动态簇头链；第二级簇头节点通过动态簇头链将数据发送给海面上的sink节点，sink节点直接与陆地上的基站进行无线通信，然后由基站将数据发送到远程控制中心。发明的方法能够有效得降低节点平均能耗，延长网络的生存时间，适合于监测节点众多的水下应用环境，可扩展性较强、节点的能耗更均衡，适合大规模应用。
【专利说明】一种两级异构分簇的水下无线传感器网络及其路由方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种两级异构分簇的水下无线传感器网络及其路由方法，属于路由算法【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，随着人类对海洋的探索、开发以及利用程度地加深，推动了水下通信网络的快速发展。考虑到海洋环境下通信的特殊性，除大型的固定平台和主干网络外的其他设备通常采用无线通信方式。同时，陆地上常用的地磁波、光波以及声波这三种能量传输方式中，最适合在水中远距离传播的就是声波。所以，在海洋领域通常采用水声无线通信的方式。然而，由于水下声信道的窄带宽、多普勒频移、多途效应、传输速度低等特征以及电池供电和经济费用的限制，使得构建水下无线通信网络主要面临以下困难:1)声信道的延时较长，水中声速约为1500 m/ s，比空气中的光速低了 5个数量级；2)可用频带有限；3)时变多途影响比较严重；4)功耗限制，在水下长期工作的由电池供电的网络节点寿命受到限制；5)网络安全性受到挑战。
[0003]鉴于以上特点，水下无线通信网络最好能是一种具有自组织能力的网络，能够具有环境的自适应能力和网络的自优化能力。而无线传感器网络是近年来迅速发展的一种新兴技术，集传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信技术以及信息处理技术于一体，是由若干具有自组织能力的传感器节点以自组网的方式构成的无线自组织网络。无线传感器网络不仅可以应用在陆地环境下，也可以应用在海洋环境监测、水下导航、水下预警以及水下目标定位等领域，此时称之为水下无线传感器网络。
【发明内容】
[0004]针对以上现有技术中的不足，本发明提供了一种适用于浅海场景应用的水下无线传感器网络体系结构，并提出了一种两级分簇的水下无线传感器网络路由方法。
[0005]本发明的技术特征如下:
[0006]一种两级异构分簇的水下无线传感器网络，包括上层传感器节点、下层传感器节点、海面上的sink节点以及陆地上的基站；水下无线传感器网络监测区域内所有传感器节点形成两级异构分簇结构，下层传感器节点形成第一级簇及第一级簇头节点，上层传感器节点形成第二级簇及动态簇头链；所述下层传感器节点形成第一级簇后，簇内普通成员节点负责采集监测数据并发送给本簇簇头，即各第一级簇头节点；所述第一级簇头节点进行数据处理后根据距离、能量等指标选择相应的第二级簇头节点，由第二级簇头节点通过动态簇头链将数据发送给海面上的sink节点,所述sink节点直接与陆地上的基站进行无线通信，然后由基站将数据发送到远程控制中心。
[0007]—种两级异构分簇的水下无线传感器网络路由方法，包括如下步骤:
[0008](I)、第一级簇的形成阶段
[0009]为了形成第一级簇，首先在下层传感器节点中选举出第一级簇头节点，为下层传感器节点i设置一个参数Ti，表示该节点参与第一级簇头竞选的能力，即簇头竞争力，Ti的计算方法如公式(I)所示:
【权利要求】
1.一种两级异构分簇的水下无线传感器网络，其特征在于包括上层传感器节点、下层传感器节点、海面上的sink节点以及陆地上的基站；水下无线传感器网络监测区域内所有传感器节点形成两级异构分簇结构，下层传感器节点形成第一级簇及第一级簇头节点，上层传感器节点形成第二级簇及动态簇头链；所述下层传感器节点形成第一级簇后，簇内普通成员节点负责采集监测数据并发送给本簇簇头，即各第一级簇头节点；所述第一级簇头节点进行数据处理后根据距离、能量等指标选择相应的第二级簇头节点，由第二级簇头节点通过动态簇头链将数据发送给海面上的sink节点,所述sink节点直接与陆地上的基站进行无线通信，然后由基站将数据发送到远程控制中心。
2.一种两级异构分簇的水下无线传感器网络路由方法，其特征在于包括如下步骤: (I)、第一级簇的形成阶段 为了形成第一级簇，首先在下层传感器节点中选举出第一级簇头节点，为下层传感器节点i设置一个参数Ti，表示该节点参与第一级簇头竞选的能力，即簇头竞争力，Ti的计算方法如公式(I)所示:
【文档编号】H04W40/32GK104010336SQ201410262382
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】吴迪, 韩光洁, 胡钢, 龙霄汉, 张选松 申请人:河海大学常州校区