生成随机数 RnG(〇，1)，若Rn〈P(n)，贝1」该节点当选簇头，其中，阈值P(n)的计算公式为：
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【主权项】
1. 一种基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，包括如下步骤： SlOO :将监测水域分成至少包括水面传感层和水下传感层的两层结构，水面传感层布 置有可自行移动的水面多功能传感节点，水下传感层布置有水下传感节点； S200 :将监测水域的水面传感层划分成多个监测块，并根据监测块对水下传感层进行 垂直分割； S300:随机从水面多功能传感节点中选取一部分成为簇头传感节点，所述簇头传感节 点借助于声波向水下进行簇头广播，水下传感节点根据所接收到的簇头广播信息选择最佳 簇头并完成入簇，随后，簇头传感节点根据簇内水下传感节点的分布情况进行自适应移动， 确定自身的最佳位置； S400 :基站借助于无线电磁波向需要采集环境信息的水域发出查询信息，隶属于该水 域的簇头传感节点将查询信息发给水下传感节点，水下传感节点采集基站所需监测信息并 向上发送给簇头传感节点，簇头传感节点对信息进行融合处理后发送给基站。
2. 根据权利要求1所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述步骤SlOO中，所述可自行移动的水面多功能传感节点采用随机部署的方式对水面进 行覆盖，所述水下传感节点以随机或/和体心方格的方式进行水下部署。
3. 根据权利要求1所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述步骤SlOO中，所述可自行移动的水面多功能传感节点具有无线电磁波及声波双重通 信能力，其漂浮于水面时水上部分通过电磁信道组成水面传感网，水下部分借助水声换能 器与水下传感节点组成水声传感网。
4. 根据权利要求1所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述步骤S300中各项工作均是周期性进行的，即进行网络的周期性分簇。
5. 根据权利要求4所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述周期性分簇的过程包括选取剩余能量较多的水面多功能传感节点成为簇头传感节点、 新的簇头传感节点借助于声波向水下进行簇头广播、水下传感节点根据所接收到的多个簇 头广播信息选择最佳簇头并完成入簇、簇头传感节点根据簇内水下传感节点的分布情况进 行自适应移动并确定自身的最佳位置等多个过程。
6. 根据权利要求4所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述簇头传感节点的选举满足如下算法： 在簇头选举阶段，每个水面多功能传感节点η都拥有阈值P(n)，并生成随机数 Rne (〇，1)，若Rn〈P (η)，贝Ij该节点当选簇头，其中，阈值P (η)的计算公式为：
上式中，C表示簇头传感节点的期望数量；A表示水面多功能传感节点总数量；r表示网 络当前周期数；t表示此前（r-Ι)个周期中节点η担任簇头的次数。
7. 根据权利要求1所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述步骤S400中，当能够采集所需环境信息的簇头传感节点位于基站无线电磁波的通信 范围之外时，则由位于基站无线电磁波的通信范围之内的其他簇头传感节点借助于水面传 感网将基站的查询信息转发给能够采集所需环境信息的簇头传感节点，再由该簇头传感节 点借助于水声传感网将这一查询信息发送给簇内水下传感节点；此后，水下传感节点采集 环境信息并反馈回簇头传感节点，簇头传感节点对此类信息进行融合处理后借助于水面传 感网传递给岸边基站。
8. 根据权利要求7所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述水下传感节点将采集到的环境信息反馈回簇头传感节点的过程为逐跳向上传递。
9. 根据权利要求8所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述述水下传感节点采集基站所需的环境信息并反馈回簇头传感节点的过程按以下方式 实现： 在采集基站信息的水下传感节点与所属簇的簇头传感节点间建立一个半径为R的虚 拟通讯管道，只有位于管道内且具有更高转发系数的水下传感节点具有转发数据包的资 格，直至信息被转发到所属簇的簇头传感节点。
10. 根据权利要求9所述的基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，其特征在于 所述只有位于管道内且具有更高转发系数的水下传感节点具有转发数据包的资格，其中计 算水下传感节点转发系数的方法是：水下传感节点基于自身的位置以及能量信息计算其各 自的转发系数P f，Pf满足公SPf= α ·Ρ?+(1-α) ·ρε，其中Pd为基于节点位置信息计算得 出的转发系数，距离水面越近则P d取值越大；P e为基于节点剩余能量信息计算得出的转发 系数，剩余能量越多则匕取值越大；α、1- α为各部分信息在计算中所占的比重。
【专利摘要】本发明提供一种基于水面传感网-水声传感网的混合组网方法，是将监测水域分成至少包括水面传感层和水下传感层的两层结构，将监测水域的水面传感层划分成多个监测块，并依此完成对水下传感层的垂直分割；随机从水面多功能传感节点中选取一部分成为簇头传感节点，水下传感节点根据所接收到的簇头广播信息选择最佳簇头并完成入簇，随后，簇头传感节点根据簇内水下传感节点的分布情况进行自适应移动以确定自身最佳位置；基站借助于无线电磁波发出查询信息，簇头传感节点对信息进行融合处理并转发给基站。本发明中的组网方法有效降低了节点的能量消耗、减少了整个水域内节点间的通信干扰，同时提高了有效数据的传送效率、减轻了网络的通信负载。
【IPC分类】H04B13-02, H04W84-18
【公开号】CN104539374
【申请号】CN201410745542
【发明人】刘建明, 李龙, 李晶晶
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月9日