基于北斗定位的新型船舶自组网路由研究

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1、基于北斗定位的新型船舶自组网路由研究　　摘要：结合船舶自组网的特点，利用中国北斗定位系统的定位功能，提出了一种新的基于地理位置信息的路由优化算法。该算法利用北斗卫星获取船舶位置和航行方向等信息，传递节点路由信息，从而减少搜索盲目性，提高路由效率。仿真结果表明：改进算法提高了路由收敛速度，提升了数据传输成功率，节约了能量开销，挺升了网络的性能。　　关键词：北斗；位置信息；航行方向；船舶自组网；SprayandWait　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）28-0228-0

2、3　　1引言　　船舶自组网是一种由移动的船舶自配置组成的多跳无线通讯网络，是一种Ad-Hoc网络运用到海洋上的自组网，其特殊网络结构及配置方式使其具有传统网络所不具有的特性，如不需要预置基础设施、网络拓扑的动态性以及节点的资源受限等。这些特性使得传统的网络路由技术很难直接应用于移动自组织网络中，因此需要研究适用于船舶自组网的路由算法。8　　目前，移动自组网多采用基于拓扑信息的路由算法，此类算法能够构造优化路径并保证数据传输可达性，然而此类算法直接或间接需要全局网络的拓扑信息来进行路由选择，由此造成的高路由开销使

3、其不适合应用于大规模网络中。基于位置信息的路由算法由于仅需要局部网络位置信息进行路由选择，在网络规模变大时能仍保持较低开销，因此具有高可扩展性的优点。近年来，网络自定位算法、卫星定位系统的发展使节点获取位置信息的精度不断提高且成本不断降低，利用节点位置信息来构造路径的路由算法因其诸多优点和不再高昂的成本正日益受到重视。　　SprayandWait[7]协议具有传输延迟较小，接近于最优，有较好的适应性，有较好的可扩展性，无论网络的规模大小，节点密度如何改变，都能保持较好的性能且该算法简单便于执行等优点。然而该协议

4、应用在船舶自组网中，由于船舶移动的速度相对较慢，节点稀疏，固定航道，相遇机会概率较低等，无法适应这种背景场景。　　本文提出一种利用北斗卫星导航定位系统获取船舶现有位置信息和航行方向，结合相应的算法对未来船舶位置进行预测，对SprayandWait进行改进，增大船舶自组网网的连通性。最后通过获取相关度量值，通过实验验证结果与目前比较流行机会网络协议比较传输成功率，传输的延迟，路由开销等性能提升来说明其优越性。　　2北斗定位与路由算法　　北斗卫星导航定位系统是中国自主研制、自行建立的卫星导航定位系统。已经在轨使用的

5、是由3颗卫星组成的北斗一号区域定位系统，正在建设的是由30颗卫星组成的北斗二号全球定位系统。与美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）以及欧洲正在发展的伽利略（GALILEO）卫星导航定位系统不同，北斗一号采用双星定位原理，而且具有双向数据通信功能，因此其应用系统也是独具特色的。　　在三维立体空间需要3个条件才能唯一地确定一个点，而北斗一号只有2颗经度上相距60°的地球静止卫星（另有一颗备份星），8为了定位必须要第3个条件--利用已有的数字高程地图，通过用户与地面指挥中心直接的双向数

6、据通信确定用户至地心的距离（即第3个条件），从而也就知道了用户的位置，再通过广域差分标校来提高定位精度。在有标校地区的定位精度一般优于10～20m.这样的技术途径有利也有弊：缺点是用户终端要有接收和发送两种功能，体积相对大些；优点是把导航定位、双向数据通信和精密授时结合在一起，不仅用户知道自己所处的位置，而且调度指挥中心也可以知道用户位置，双向通信链路将作为大范围网络路由链路来使用。当北斗二号系统完整建成后，其全球定位与通信的特点将发挥更大作用。　　2.1基于船舶位置预测的算法判断　　2.1.1.距离判断　　通

7、过携带消息的船舶A相遇另外一只船舶B，通过计算预测未来船舶位置，并且计算到未来目的船舶的之间距离，通过比较距离长短，决定消息转不转发，选择距离较近的作为转发中继，在此处，距离长短作为判断的依据。　　例如两坐标为A：{，，，}，B{，，，}，目的节点D，分别计算出两个节点到目的节点的距离：　　2.1.2航行方向判断　　通过北斗的定位功能，比较船舶的运行方向是否偏离目的船舶，来判断决定消息是否转发。在这里，由于海洋上船舶运动方向一般按照预先设定好的航道，运动方向，短时间内不会有大的改变，在预测下一刻时候，可以认为船

8、舶的船速和运动方向没有改变。8　　3基于北斗定位的Spary-and-Wait路由协议改进　　SparyandWait算法分为两个阶段。Spray阶段，源节点中的部分数据包被扩散到邻居节点；Wait阶段，若Spray阶段没有发现目标节点，包含数据包的节点以DirectDelivery方式将数据包传送到目标节点。　　我们提出了一种基于船舶位置信息的BSprayandWait的新协议，主要