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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了一种面向海洋环境的水下无线传感器网络中继节点部署方法，首先基于节点聚类的中继节点部署路径生成方法，根据水下传感器节点在水下环境中的分布特征，构建连接水下传感器节点和水面汇聚模块的中继节点部署路径；然后基于向心力驱动的水下中继节点布置方法进行中继节点部署，在动态水下环境中的数据传输满足传输成功率要求的同时，使中继节点部署个数最少。本发明利用多层分簇原理设计一种适用于动态海洋环境的水下无线传感器网络中继节点部署方法，可以根据水下通信信道以及水流运动特征为水下无线传感器网络部署中继节点，在满足传输可靠性需求的同时减少中继节点部署成本和降低通信时延。

主权项：1.一种面向海洋环境的水下无线传感器网络中继节点部署方法，其特征在于，首先基于节点聚类的中继节点部署路径生成方法，根据水下传感器节点在水下环境中的分布特征，构建连接水下传感器节点和水面汇聚模块间的中继节点部署路径；然后基于向心力驱动的水下中继节点布置方法进行中继节点部署，在满足数据传输成功率要求的同时，使中继节点部署个数最少；构建连接水下传感器节点和水面汇聚模块间的中继节点部署路径的方法包括如下步骤：假设在一个三维水下无线传感器网络中有1个水面汇聚节点B，水面汇聚节点B的坐标为b，水下传感器节点的通信半径为Rs，水下中继节点的通信半径为Rr；步骤A1：初始设定所有水下传感器节点的连接状态为激活状态；然后计算每个水下传感器节点到达水面汇聚节点的欧式距离，对于任意一个水下传感器节点vi，如果vi到达水面汇聚节点B的欧式距离dvi，B＜Rs，则vi被认为能够直接向水面汇聚节点构建部署路径去传输数据，因此该节点vi向水面汇聚节点B构建部署路径，并且连接状态变为休眠状态；步骤A2：采用聚类方法，以节点间的欧式距离作为相似度的评价指标，将处于连接激活状态的水下传感器节点划分为K个簇，簇的集合表示为C1被称为第一级簇；对于一个包含多个节点的集合，集合的中位点P是指所有节点到达点P的距离之和最小；对于任意计算该簇所包含的所有水下传感器节点的中位点然后所有第一级簇的中位点与水面汇聚节点组成一个集合并计算该集合P1成员的中位点，该中位点被称为0级拐点p0，第一级簇的中位点被称为一级拐点；所有一级拐点和p0相连接，p0和水面汇聚节点B相连接，构建节点部署路径，通过该步骤得到中继节点部署路段步骤A3：首先判断所有连接状态为激活状态的水下传感器节点与0级拐点p0的欧式距离是否小于Rs，若小于Rs，则该节点向0级拐点p0构建部署路径，并由连接激活状态转变为连接休眠状态；然后判断该簇内每个水下传感器节点与该簇一级拐点的欧式距离是否小于Rs，若小于Rs，则该节点向该簇一级拐点构建部署路径，并由连接激活状态转变为连接休眠状态；步骤A4：对于任意第一级簇，判断该第一级簇中的水下传感器节点数目是否小于预设的最小簇成员个数值V，若小于V，则该第一级簇内所有水下传感器节点向该第一级簇的一级拐点构建部署路径，并由连接激活状态转变为连接休眠状态；若大于V，则该第一级簇内所有水下传感器节点重新采用聚类方法，以节点间的欧式距离作为相似度的评价指标，将该第一级簇内处于连接激活状态的水下传感器节点划分为K个子簇；将这些子簇称为第二级簇；步骤A5：对于同一个第一级簇下的第二级簇，计算每个第二级簇中所有连接状态为激活状态的水下传感器节点的中位点；然后所有第二级簇的中位点与其对应的第一级簇的一级拐点组成一个集合，并计算该集合的中位点，该中位点被称为二级拐点，第二级簇的中位点被称为三级拐点；所有二级拐点与其所对应的第一级簇的一级拐点相连接，构建节点部署路径；步骤A6：对于同一个第一级簇下的第二级簇，首先判断所有连接状态为激活状态的水下传感器节点与二级拐点的欧式距离是否小于Rs，若小于Rs，则该节点向二级拐点构建部署路径，并由连接激活状态转变为连接休眠状态；然后判断该第二级簇内每个水下传感器节点与该第二级簇的三级拐点的欧式距离是否小于Rs，若小于Rs，则该节点向第二级簇的三级拐点构建部署路径，并由连接激活状态转变为连接休眠状态；步骤A7：按照步骤A4至步骤A6的方法，进行类推迭代处理；直至所有水下传感器节点由连接激活状态转变为连接休眠状态；基于向心力驱动的水下中继节点布置方法进行中继节点部署的方法包括如下步骤：步骤B1：在部署路径上的每个拐点布置一个水下中继节点；步骤B2：将水面汇聚节点B作为源节点，判断0级拐点上的水下中继节点到达源节点是否传输可靠，若是，则该段部署路径不再部署水下中继节点；若不是，则该段部署路径需要再部署水下中继节点；步骤B3：如果0级拐点上的水下中继节点到达源节点的距离大于其可靠通信距离，则在该部署路径上沿0级拐点方向距离源节点为d的位置上设置一个水下中继节点，判断该水下中继节点到达源节点是否传输可靠，若是，则该位置部署该水下中继节点；若不是，则该水下中继节点向着源节点方向移动距离然后再次判断该水下中继节点到达源节点是否传输可靠，若是，则该位置部署该水下中继节点；若不是，则该水下中继节点向着源节点方向移动距离重复上述操作，直至找到该水下中继节点能可靠传输至源节点的位置，并将该水下中继节点部署到该位置上；将源节点更新为该水下中继节点；其中d＝Rr；步骤B4：判断0级拐点上的水下中继节点到达源节点是否传输可靠，若是，则该段部署路径不再部署水下中继节点；若不是，则该段部署路径需要再部署水下中继节点；然后在该部署路径上沿0级拐点方向距离源节点为d的位置上设置一个水下中继节点，判断该水下中继节点到达源节点是否传输可靠，若是，则该位置部署该水下中继节点；若不是，则该水下中继节点向着源节点方向移动距离然后再次判断该水下中继节点到达源节点是否传输可靠，若是，则该位置部署该水下中继节点；若不是，则该水下中继节点向着源节点方向移动距离重复上述操作，直至找到该水下中继节点能可靠传输至源节点的位置，并将该水下中继节点部署到该位置上；将源节点更新为该水下中继节点；步骤B5：重复步骤B4，直至0级拐点上的水下中继节点能可靠传输至源节点；步骤B6：对于有t级拐点和t+1拐点形成的部署路径，将t级拐点作为源节点，重复步骤B2至B5，直至t+1级拐点上的水下中继节点能可靠传输至源节点；步骤B7：对于有t级拐点和水下传感器节点形成的部署路径，将t级拐点作为源节点，重复步骤B2至B5，直至水下传感器节点能可靠传输至源节点。

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