一种海上无线传感网的机会主义路由协议的制作方法

技术特征：
1.一种海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，采用加权移动平均法预测数据包前进距离，根据节点剩余能量、数据包前进距离和包成功接收率来计算候选节点的优先权，并以节点发送数据包到下一跳转发节点集节点时不成功传输次数所发生的能量消耗最小化为约束目标函数，使用自适应功率控制机制确定最优候选节点转发集和节点最优传输功率，采用具有最高优先权的候选节点转发数据包。2.如权利要求1所述的海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，所述预测数据包前进距离的方法包含：计算节点i发送的数据包被其邻居节点i
j
转发时朝向汇聚节点sink的数据包前进距离转发时朝向汇聚节点sink的数据包前进距离其中，d(i,sink)和d(i
j
,sink)分别是节点i和邻居节点i
j
与汇聚节点sink之间的欧氏距离；定义邻居节点i
j
的n个历史数据包前进值为：计算时刻t的数据包前进值值其中，权重ω1 ω1
…
ω
n
＝1,ω1≤ω2≤
…
≤ω
n
。3.如权利要求2所述的海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，所述计算候选节点的优先权的方法包含：对于一个发送节点i，候选集选择模块从其邻居节点集n
i
中确定下一跳转发节点集数据包前进距离大于阈值θ(θ＞0)的节点被选为可能的候选节点；依照理论路径损失模型，节点的接收功率p
r
(d)表示如下：其中，是节点的传输功率，pl(d0)是当参考距离d0＝1m时的信号强度损失值，α是路径损失衰减指数，x
σ
是海浪遮蔽因子，其服从期望为0方差为σ2的高斯分布；接收节点的信噪比计算公式为：其中，p
n
是海洋噪声功率；假设海面无线通信微调制解调器采用非相干频移键控调制，一个大小为m字节的数据包在节点i和i
j
间的海洋链路上成功被接收的概率计算公式如下：
传输失败的概率为：计算候选节点的优先权计算候选节点的优先权其中，e
residual
和e0分别是节点的剩余能量和节点的初始能量。4.如权利要求3所述的海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，所述计算最优候选节点转发集和节点最优传输功率的方法包含：对于各个传输功率水平，确定使网络能耗最低的候选节点集；假定海洋节点能依照网络状态和自身剩余能量自适应选择传输功率值，进一步假定传输功率在一组离散值中被选择，当节点i选择传输功率进行数据传输时，定义节点i的邻居节点集为对于一个发送节点i，候选集选择模块从其邻居节点集n
i
中确定下一跳转发节点集首先，数据包前进距离大于阈值θ(θ＞0)的节点组成候选节点集n
a
，其中，为节点i发送的数据包被其邻居节点i
j
转发时朝向汇聚节点sink的数据包前进距离，然后对于各个传输功率水平，确定使网络能耗最低的候选节点集；对于所有i
q
∈n
a
，下一跳转发候选集计算的能量消耗：首先计算候选节点都没有收到数据包的概率：其中，是当传输功率为时节点i的下一跳候选节点集合；接着估计从节点i成功发送数据包到其下一跳转发节点所需的传输次数λ
u
，该传输次数是允许的最大传输次数λ
max
和期望传输次数λ
etc
两者之间的最小值，即λ
u
＝min{λ
max
,λ
etc
}；其中，λ
etc
计算公式如下：在发送数据包到下一跳转发节点集节点时不成功传输次数所发生的能量消耗为：
其中，h是数据速率，p
r
(d)是接收功率水平；如果考虑的某个候选节点增加了网络能耗(e
cost
＞preve
cost
)，则将其从候选节点集中移除最后通过求解约束目标函数mine
cost
得到最优候选节点集和节点最优传输功率。5.如权利要求4所述的海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，采用基于计时器的候选节点集调度算法来协调数据包转发，优先权为y的候选节点i
j
的等待时间计算公式为：其中，t
dealy
是源节点传输数据包发生的传输延误，d
y,y 1
是优先权分别为y和y 1的候选节点间的距离，c是电磁波在海表面的传输速度近似为3
×
108m/s，每个候选节点数据处理时间t
p
近似为0.001
–
0.002s。6.如权利要求5所述的海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，如果一个较高优先权的节点转发数据包失败，则一个较低优先权的节点开始尝试转发数据包；如果已经有节点成功地转发了数据包，则其他优先级小于该节点的节点则终止转发过程。7.如权利要求6所述的海上无线传感网的机会主义路由协议，其特征在于，当监测海域范围较大和执行长期海洋环境监测时，利用改进稀疏度自适应匹配追踪算法在源节点压缩海洋感知数据并在汇聚节点重构原始数据。

技术总结
本发明公开了一种海上无线传感网的机会主义路由协议，采用加权移动平均法预测数据包前进距离，根据节点剩余能量、数据包前进距离和包成功接收率来计算候选节点的优先权，并以节点发送数据包到下一跳转发节点集节点时不成功传输次数所发生的能量消耗最小化为约束目标函数，使用自适应功率控制机制确定最优候选节点转发集和节点最优传输功率，采用具有最高优先权的候选节点转发数据包。本发明解决了利用机会主义路由的海上无线传感网节点数据包重复传输和传输率低的问题，该协议适应海上无线传感网拓扑结构的高度动态性和较不可靠的通信链路，并且可以降低网络中数据传输量，从而提高了数据包传输率和延长了网络生命周期。期。期。


技术研发人员：吴华锋 鲜江峰 梅骁峻 陈信强 张媛媛 张倩楠 梁立年
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2021/12/6