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申请/专利权人：中山大学

摘要：本发明公开了一种基于增强学习和功率控制的水下网络数据通信方法及系统，方法包括：配置用于水下通信的数据包的格式，数据包包括数据包识别字段、路由信息字段以及前一转发节点做出的路由决策字段；当目标节点接收到上一节点发出的水下通信数据包时，根据从水下通信数据包中识别出来的节点信息和路由信息，得到目标节点的邻居节点的Q值作为传输优先级，以对水下通信数据包进行传输；当水下通信数据包被传输到下一节点时，采用隐式确认的方式判断目标节点所发出的水下通信数据包是否被下一节点成功接收，以确定水下通信数据包的重传策略，本发明提高了数据包发送成功率，并提升了水声通信网络稳定性，可广泛应用于水下通信技术领域。

主权项：1.一种基于增强学习和功率控制的水下网络数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：配置用于水下通信的数据包的格式，所述数据包包括数据包识别字段、路由信息字段以及前一转发节点做出的路由决策字段；当目标节点接收到上一节点发出的水下通信数据包时，根据从所述水下通信数据包中识别出来的节点信息和路由信息，得到所述目标节点的邻居节点的Q值作为传输优先级，以对所述水下通信数据包进行传输；当所述水下通信数据包被传输到下一节点时，采用隐式确认的方式判断所述目标节点所发出的水下通信数据包是否被下一节点成功接收，以确定所述水下通信数据包的重传策略；其中，在对所述水下通信数据包进行传输的过程中，采用凸优化方法，根据实际传输中的约束条件，得到当前节点转发所述水下通信数据包的最优发送功率，然后通过香农定理得到信道容量，根据所述信道容量采用最佳速率传输所述水下通信数据包；所述当目标节点接收到上一节点发出的水下通信数据包时，根据从所述水下通信数据包中识别出来的节点信息和路由信息，得到所述目标节点的邻居节点的Q值作为传输优先级，以对所述水下通信数据包进行传输，包括以下步骤：当所述目标节点接收到上一节点发出的水下通信数据包时，判断所述目标节点的节点类型，若所述目标节点为sink节点，则直接将所述水下通信数据包用无线电磁波传递到卫星，或者直接用无线电磁波传递至附近信号站，并结束传输过程；若所述目标节点不是sink节点，则执行以下步骤：由所述目标节点将接收到的所述水下通信数据包中的信息更新到本地信息表；根据所述水下通信数据包中的数据包识别字段判断所述目标节点是否为上一节点选定的中继节点，若不是，则将所述水下通信数据包丢弃，若是，则执行下一步骤；根据各个邻居节点的预期累积奖励，计算所述目标节点的邻居节点的Q值，选择Q值最高的邻居节点作为中继节点；将所述目标节点的节点信息封装到所述水下通信数据包的包头中，并将所述水下通信数据包转发至所述中继节点，并更新所述本地信息表；所述根据各个邻居节点的预期累积奖励，计算所述目标节点的邻居节点的Q值，选择Q值最高的邻居节点作为中继节点，包括以下步骤：配置初始奖励函数，所述奖励函数用于计算各个邻居节点的预期累积奖励；其中，所述奖励函数包含节点的剩余能量、节点周围的能量分布、节点间距离、节点间链路质量；其中，所述剩余能量和所述能量分布用于均匀延长网络的生存周期，所述节点间距离用于降低传输延迟，所述节点间链路质量用于提高网络传输成功率；获取各个邻居节点发送数据包的次数以及数据包被成功接收的次数，进而计算各个邻居节点转发数据包的丢包率和成功传输率；根据所述初始奖励函数、所述丢包率和所述成功传输率，配置数据包传输的直接奖励函数；根据所述直接奖励函数，计算所述目标节点的邻居节点的Q值，选择Q值最高的邻居节点作为中继节点；所述初始奖励函数的表达式为： ，其中，E∙为与能量相关的奖励；D∙为与延迟相关的奖励；Lq∙为与链路质量相关的奖励；表示各自函数的权值；R是节点尝试转发数据包时的持续惩罚或成本，代表节点采取行动成功向发送数据包的初始奖励函数计算值；代表向j转发数据包这一动作；其中，所述与能量相关的奖励的表达式为： ，其中，和分别表示节点和的剩余能量的代价函数；为对应的权重参数；和分别表示节点和的剩余能量与相邻节点的平均能量比例函数；其中，所述与延迟相关的奖励的表达式为： ，其中，表示节点j与sink之间的欧氏距离；其中，所述与链路质量相关的奖励的表达式为：，其中，是节点之间的数据包传输成功率；代表的节点与个相邻节点之间的平均链路质量；和代表对应的权重参数。

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