專利名稱：一種水聲3d傳感器網(wǎng)絡(luò)中提高公平性的節(jié)點(diǎn)布置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的講是一種在3D結(jié)構(gòu)模式下用以提高節(jié)點(diǎn)相對傳輸公平性的節(jié)點(diǎn)布置方法。
背景技術(shù)：
水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)是傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與水下通信技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的新研究領(lǐng)域。水下信道是一種與大氣環(huán)境截然不同的傳輸介質(zhì)，是目前為止研究人員所面臨的最復(fù)雜的傳輸環(huán)境之一。陸地?zé)o線通信普遍采用高頻電磁波作為信息傳輸?shù)妮d波，但是在水下環(huán)境中，電磁波傳輸衰減很大，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，所以電磁波不適合作為水下通信的載波。相比較而言，聲波在水下以縱波的方式進(jìn)行傳播，衰減速度比電磁波慢得多，是水下通信較為理想的載波。所以，水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)是以聲波作為載波的無線通信網(wǎng)絡(luò)。水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展面臨很多挑戰(zhàn)，主要是水聲環(huán)境因素導(dǎo)致的，如較長且隨時(shí)空變化的傳播延遲、帶寬受限、多徑傳輸嚴(yán)重以及復(fù)雜的環(huán)境導(dǎo)致聲速的變化等。在水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)布置上，為了提高通信覆蓋率，我們選擇3D節(jié)點(diǎn)布置模式，在不同的深度布置節(jié)點(diǎn)采集信息并進(jìn)行傳輸。這樣的布置就必須考慮一個(gè)問題，那就是水下環(huán)境中聲波速度不是一個(gè)定值，它受溫度、壓力等影響，隨深度變化而變化，這點(diǎn)在我們設(shè)計(jì)水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮。水介質(zhì)中較長的傳播延遲以及聲速隨水深漸變的特性使得我們必須考慮接收節(jié)點(diǎn)以及潛在競爭節(jié)點(diǎn)的位置，而在3D節(jié)點(diǎn)布置模式下，競爭節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系更是復(fù)雜多樣。此外，水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)中還存在時(shí)空不確定的問題，它是指接收時(shí)間的不確定性取決于傳輸時(shí)間(時(shí)間不確定)以及從發(fā)送到接收的相對傳播延遲(空間的不確定性)，這就為水下傳感網(wǎng)絡(luò)的公平性傳輸埋下了隱患。所謂的公平性傳輸?shù)膯栴}，是指節(jié)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)流在訪問信道時(shí)存在不公平現(xiàn)象，不再是公平狀態(tài)下的數(shù)據(jù)“先發(fā)先收”、“后發(fā)后收”，可能會出現(xiàn)很多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)“先發(fā)后收”、“后發(fā)先收”，情況嚴(yán)重時(shí)甚至可能出現(xiàn)單個(gè)節(jié)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)流獨(dú)占信道帶寬資源而其他節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)流完全處于“饑餓”的狀態(tài)。我們想要實(shí)現(xiàn)的公平性是指共享媒體的各個(gè)節(jié)點(diǎn)均勻地利用資源的能力。公平性在無線通信的性能測量中是一個(gè)很重要的因素，它往往意味著網(wǎng)絡(luò)資源的平均分配。在水聲介質(zhì)中，離接收節(jié)點(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)往往更容易接入信道，而距離接收節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)的有可能一直捕獲不到信道。但同時(shí)由于聲波速度隨水深的變化，也有可能會出現(xiàn)離接收節(jié)點(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)“先發(fā)后收”，而離接收節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)卻“后發(fā)先收”的現(xiàn)象，這是一種特殊的而且嚴(yán)重的不公平現(xiàn)象，所以我們需要對水下聲學(xué)傳感網(wǎng)絡(luò)的公平性進(jìn)行檢測并進(jìn)而依此來更合理地布置節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸公平性
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種能夠提高水聲3D傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸公平性的節(jié)點(diǎn)布置方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種水聲3D傳感器網(wǎng)絡(luò)中提高公平性的節(jié)點(diǎn)布置方法，包括下列步驟:步驟一:設(shè)將接收節(jié)點(diǎn)布置在水深為500米附近的水下，參考節(jié)點(diǎn)處于與其水深相同的水下，以接收節(jié)點(diǎn)為圓心、以參考節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離為半徑作球，球上各發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)同距，但數(shù)據(jù)傳輸所需延時(shí)不同；步驟二:根據(jù)水聲速度C與水深D的函數(shù)關(guān)系式
權(quán)利要求
1.種水聲3D傳感器網(wǎng)絡(luò)中提高公平性的節(jié)點(diǎn)布置方法，包括下列步驟: 步驟一:設(shè)將接收節(jié)點(diǎn)布置在水深為500米附近的水下，參考節(jié)點(diǎn)處于與其水深相同的水下，以接收節(jié)點(diǎn)為圓心、以參考節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離為半徑作球，球上各發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)同距，但數(shù)據(jù)傳輸所需延時(shí)不同； 步驟二:根據(jù)水聲速度C與水深D的函數(shù)關(guān)系式 1449,2+ 4,6*(25-^)-0.055*(25-^)2+0.00029*(25-^)3+(1.09+j^)(^-2)-0.017/),0</)<150 1449.2+4.6*(—)-0.055^(-)2+0.00029*(—)3+(—+-^-X--2)-0.017fl,150<I)<500C=j7 1757 1757 175 175 17500 2501449.2+4.6*(8-—)-0.055*(8-—)2+0.00029*(8-—)3+(1.26+-5-X—-2)-0.017A500<D<100025025025025000 250 1469.33856-0.017i),1000<i) 計(jì)算得出從參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)相同，尋找一系列發(fā)送節(jié)點(diǎn)，得到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的軌跡，這些節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需的延時(shí)和參考節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)相同； 步驟三:節(jié)點(diǎn)布置時(shí) 需參考此軌跡，相對于參考節(jié)點(diǎn)，其他發(fā)送節(jié)點(diǎn)的位置適宜取在上半橢球之外以及下半橢球之內(nèi)，以保證相對傳輸?shù)墓叫浴?br> 2.據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點(diǎn)布置方法，其特征在于，發(fā)送節(jié)點(diǎn)軌跡的獲取方法如下:根據(jù)聲波速度隨水深增加而降低的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，考慮數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)相等的節(jié)點(diǎn)位于上半橢圓和下半橢圓兩條近似半橢圓形軌跡旋轉(zhuǎn)一周形成的上、下兩個(gè)半橢球面上，設(shè)定接收節(jié)點(diǎn)深度，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)深度可用距離接收節(jié)點(diǎn)的距離I來表示，得水聲速度關(guān)于相對距離的公式C = f (1)，然后根據(jù)延時(shí)1 = 并利用插值型求積公式Simpson公式求解，求出上半橢圓的長軸和下半橢圓的短軸，進(jìn)而得出傳輸數(shù)據(jù)到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)相同的發(fā)送節(jié)點(diǎn)軌跡的二維投影的半橢圓公式。
全文摘要
本發(fā)明屬于水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水下聲學(xué)3D傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)布置方法設(shè)接收節(jié)點(diǎn)處于水深為D的水下，參考節(jié)點(diǎn)處于與其水深相同的水下；根據(jù)水聲速度與水深的關(guān)系，計(jì)算得出從參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)包到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所需延時(shí)相同，獲取發(fā)送節(jié)點(diǎn)的軌跡；節(jié)點(diǎn)布置時(shí)需參考此軌跡，相對于參考節(jié)點(diǎn)，其他發(fā)送節(jié)點(diǎn)的位置適宜取在上半橢球之外以及下半橢球之內(nèi)。本發(fā)明充分考慮了聲波速度隨深度的變化情況，在節(jié)點(diǎn)布置時(shí)就考慮這種由于節(jié)點(diǎn)位置可能帶來的不公平性傳輸進(jìn)而避免，在具有3D結(jié)構(gòu)的水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，該方法可以提高傳輸公平性。
文檔編號H04B13/02GK103095382SQ20131000997
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者金志剛, 劉自鑫, 竇飛 申請人:天津大學(xué)