基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统

本发明涉及水下传感器，尤其是一种基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统。

背景技术：

1、在渔业、供水和环境治理等领域，经常需要对水体的cod（chemical oxygendemand，化学需氧量）、氨氮、余氯、ph（pondus hydrogenii，氢离子浓度指数）、orp（oxidation-reduction potential，氧化还原电位）、溶解氧、电导率、水中油、悬浮物、浊度、盐度、二氧化碳浓度和生物数量等数据进行监测，应用水下传感器网络（underwaterwireless sensor networks，uwsns）可以实现对广阔水域的实时数据采集。水下传感器采集到数据之后，还需要将数据传回数据处理中心进行分析处理，才能实现数据的价值。由于水下传感器网络的相当部分设备位于水下，普遍依赖电池进行供电，而且受到所处位置以及分布较广等因素限制，不方便随时更换电池，因此水下传感器网络受到的能量供应有限。目前的水下传感器技术在能量消耗规划方面存在不足，容易导致在水下传感器网络在传输采集到的数据的过程中过度消耗能量，从而降低水下传感器网络中的设备的单次维护可使用时间，水下传感器网络的使用成本较高。

技术实现思路

1、针对目前的水下传感器技术存在的容易过度消耗能量、使用成本较高等技术问题，本发明的目的在于提供一种基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统。

2、本发明实施例包括一种基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统，所述基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统包括：

3、所述基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统包括多个中继节点，各所述中继节点用于安装在水下；多个所述中继节点用于执行若干个数据传输周期；

4、在任一所述数据传输周期内，多个所述中继节点中的一个所述中继节点被确定为源节点，多个所述中继节点中除所述源节点外的至少部分所述中继节点被确定为邻居节点，所述源节点用于执行以下步骤：

5、获取待发送数据；

6、获取各所述邻居节点各自对应的剩余能量信息；

7、根据各所述剩余能量信息和设定的节点度确定数据发射功率；

8、根据各所述剩余能量信息确定各所述邻居节点各自对应的加权链路质量信息；

9、根据各所述加权链路质量信息确定一个所述邻居节点作为下一跳节点；

10、以所述数据发射功率向所述下一跳节点发送所述待发送数据。

11、进一步地，所述获取各所述邻居节点各自对应的剩余能量信息，包括：

12、建立邻居节点信息表；

13、向各所述邻居节点广播第一握手信息；

14、接收各所述邻居节点广播的第二握手信息；所述第二握手信息由所述邻居节点响应于所述第一握手信息生成；

15、从所述第二握手信息中提取相应的所述邻居节点对应的所述剩余能量信息；

16、使用接收到的各所述剩余能量信息，对所述邻居节点信息表进行更新。

17、进一步地，所述根据各所述剩余能量信息和设定的节点度确定数据发射功率，包括：

18、设定能量阈值；

19、从全部所述邻居节点中，筛选出对应所述剩余能量信息高于所述能量阈值的所述邻居节点；

20、分别确定筛选出的各所述邻居节点各自与所述源节点之间的最低发射功率；所述最低发射功率表示所述源节点向相应的所述邻居节点成功发送数据传输所需的发射功率的最低值；

21、对各所述最低发射功率按照从低到高的顺序进行排序；

22、将经过排序的各所述最低发射功率中，排序次序对应所述节点度的所述最低发射功率确定为所述数据发射功率。

23、进一步地，所述分别确定筛选出的各所述邻居节点各自与所述源节点之间的最低发射功率，包括：

24、根据公式

25、

26、执行计算；其中，为筛选出的第个邻居节点与所述源节点之间的最低发射功率，为筛选出的第个邻居节点向所述源节点发送数据所使用的发射功率的最低值，为筛选出的第个邻居节点要求的信噪比，为筛选出的第个邻居节点与所述源节点之间的衰减系数。

27、进一步地，第个邻居节点与所述源节点之间的所述衰减系数通过公式

28、；

29、计算得到；其中，为第个邻居节点与所述源节点之间的空间距离，为几何扩散因子，为水下吸收系数，为第个邻居节点与所述源节点之间进行数据传输所使用的载波信号频率。

30、进一步地，所述根据各所述剩余能量信息确定各所述邻居节点各自对应的加权链路质量信息，包括：

31、根据公式

32、；

33、执行计算；其中，为第个邻居节点对应的加权链路质量信息，为第个邻居节点与所述源节点之间的传输成功率，表示第个邻居节点的跳数，为第个邻居节点与其除了所述源节点外的相邻的中继节点之间的平均链路质量，为第个邻居节点与其所有相邻的中继节点之间的链路质量的最大值，为第个邻居节点对应的所述剩余能量信息，、、和为权重系数。

34、进一步地，所述根据各所述加权链路质量信息确定一个所述邻居节点作为下一跳节点，包括：

35、按照从高到低的顺序依次检测各所述加权链路质量信息；

36、对于检测到的任一个所述加权链路质量信息，判断所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点是否属于空洞节点，在判定所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点不属于空洞节点的情况下，将所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点确定为所述下一跳节点，终止检测过程，在判定所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点属于空洞节点的情况下，检测下一个所述加权链路质量信息或者终止检测过程。

37、进一步地，所述判断所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点是否属于空洞节点，包括：

38、对所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点进行空洞警报信息的搜寻；

39、当未搜寻到所述空洞警报信息，判定所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点不属于空洞节点；

40、当搜寻到所述空洞警报信息，判定所述加权链路质量信息对应的所述邻居节点属于空洞节点。

41、进一步地，所述基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统还包括锚定节点，所述锚定节点用于安装在水底，所述锚定节点用于执行以下步骤：

42、对环境进行感知和数据采集，获得所述待发送数据；

43、将所述待发送数据发送至至少一个所述中继节点。

44、进一步地，所述基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统还包括汇聚节点，所述汇聚节点用于安装在水面，所述汇聚节点用于执行以下步骤：

45、监测各所述中继节点的广播；

46、接收所述中继节点发送出的所述待发送数据。

47、本发明的有益效果是：实施例中的基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统，能够根据各邻居节点的剩余能量信息筛选出能量符合要求的邻居节点参与待发送数据的传输，从而保障待发送数据的传输成功率；源节点根据各剩余能量信息和设定的节点度确定数据发射功率，能够确定一个使被筛选出的邻居节点都能接收到待发送数据的最小功率，从而在保障待发送数据的传输成功率的基础上，降低源节点的能耗；源节点根据各剩余能量信息确定各邻居节点各自对应的加权链路质量信息并根据加权链路质量信息确定下一跳节点，能够实现待发送数据的路由，使得被广播出去的待发送数据沿着质量最好的信道传输到下一跳节点，保障待发送数据的传输成功率；因此，源节点能够以较低的能耗获得良好的数据传输成功率，从而改善基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统的整体通信质量，降低基于加权链路质量计算的节点度拓扑控制路由协议系统的整体能耗，减少维护次数和使用成本。