技术领域
[0001] 本
发明涉及
水声
传感器网络、
无线传感器网络领域，尤其涉及一种高能效声电协同传输网络路由系统及方法。
背景技术
[0002] 海洋工程已经成为当今科学技术研究的一大热点，水声通信是在开发海洋资源和发展海洋军事中的关键技术之一。水下声学传感器网络在商业勘探、水生
生物研究、海洋数据收集等方面得到广泛应用，随着无线组网技术等的发展，水声传感器网络逐渐成为水声通信的
支撑技术。近些年，研究人员在水声信道、水声
调制解调器、MAC、路由等诸多方面对水声传感器网络展开了研究，取得不小的进展。
[0003] 海洋信息一般通过部署在水下的传感器收集，再回传到陆地监控中心或海面作业平台。海洋信息传输需要通过水和空气两种介质，由水下
节点(包括水下传感器节点、水下巡航等、水面中继节点(包括船只和浮标、空中节点(包括卫星和无人机等组成一个海洋信息传输网络。水下传感器先将获取的传感数据传送到水面节点，再通过水面节点传送到陆地监控中心或海面作业平台。水下的节点之间可以采用海底光缆、线缆、光波、
电磁波或
声波的方式通信；水面上的节点之间一般采用无线电磁波通信。
[0004] 声电协同传输网络是一个由水声链路和无线电链路混合组成的异构网络，可以实现海洋信息的跨域传输。当前的研究一般将无线
电网络和水声网络分成两部分独立展开。然而，这两个网络共同传输相同的海洋信息。特别的是，部署在水下的水声链路和水面的无线电链路
质量差别较大。
[0005] 水下的通信环境非常严苛，水声信道是一种双选择性衰落信道，具有时变、空变、频变的特点，存在严重的多径效应和
多普勒效应。与无线电链路相比，水声链路的可用带宽极低、丢失分组率高、传输时延长。特别的是水下节点一般采用
电池供电，电池的更换非常困难。
发明内容
[0006] 针对
现有技术的不足，本发明提供一种高能效声电协同传输网络路由系统，可以有效提高声电协同传输网络的数据传输性能。
[0007] 本发明还提供一种高能效声电协同传输网络路由方法。
[0008] 本发明采用如下技术方案实现：
[0009] 一种高能效声电协同传输网络路由系统，包括：浮标节点和水下节点，在水面上部署多个浮标节点，水下部署多个水下节点；浮标节点具备水声和无线电
接口，水下节点只具备水声接口，水下节点之间主要采用声波的方式通信，水面上的浮标节点之间的通信采用无线电磁波通信，水面和水下的信息交换依赖于浮标节点和水下节点的水声接口；浮标节点和水下节点依据所起作用，分为：发送源节点、中继节点和目的节点，其中：中继节点包括：中继浮标节点和中继水下节点，具体地：
[0010] 发送源节点，用于在未检测到到达目的节点的路由信息时，泛洪式向周围节点广播路由
请求RREQ报文；
[0011] 中继节点，用于接收并转发路由请求，根据该节点的剩余电量和节点队列缓存长度判断本节点是否适合传输路由请求；若适合，则根据中继节点的类型，选择不同的路由转发机制；如果是中继浮标节点，则执行优先无线电转发机制；如果是中继水下节点，则执行中继水下节点路由机制；
[0012] 目的节点，用于接收路由报文或者数据，对于不同到达路径的路由请求，以时延代价最小来选择最优通信路径，再根据最优通信路径返回路由应答RREP报文至发送源节点。
[0013] 优选地，优先无线电转发机制包括：中继浮标节点参与路由寻路转发时，接收到路由请求RREQ报文后，优先采用浮标节点无线电接口广播转发路由寻路包，此时，中继浮标节点进入等待阶段，当中继浮标节点等待时间超过最大路由搜索时间时，如果没有收到目的节点回传的路由应答RREP报文，则判断通过无线电链路协作找不到目的节点的有效通信路径；当无线电链路找不到目的节点的有效通信路径时，中继浮标节点选择水声接口重新广播转发相同的路由请求RREQ报文，再一次进入等待阶段，如果当中继浮标节点等待时间再次超过最大路由搜索时间时，还没有收到目的节点回传的路由应答RREP报文，则判断该中继浮标节点不是有效节点，丢弃路由报文。
[0014] 优选地，中继浮标节点执行优先无线电转发机制过程包含如下步骤：
[0015] 步骤X1：发送源节点S检查状态；
[0016] 步骤X2：发送源节点S的广播
定时器超时，发送源节点S将自己的广播ID自加1，到目的节点的路由长度设置为0，产生一个路由请求RREQ报文广播出去；
[0017] 步骤X3：中继浮标节点X检查状态；
[0018] 步骤X4：中继浮标节点X接收到路由请求RREQ报文；
[0019] 步骤X5：中继浮标节点X检查是否第一次接收到该路由请求RREQ报文，如果是转到步骤X6；否则直接丢弃路由报文；
[0020] 步骤X6：中继浮标节点X检查是否RREQ的目的节点，如果是转到步骤X15；否则转到步骤X7；
[0021] 步骤X7：中继浮标节点X检查是否有到RREQ目的节点的有效路由，如果存在有效路由则转到步骤X15；否则转到步骤X8；
[0022] 步骤X8：中继浮标节点X根据本节点的剩余电量和队列缓存长度判断是否适合传输，如果是转到步骤X9；否则丢弃路由报文；
[0023] 步骤X9：把路由请求RREQ报文中转发跳数加1，到目的节点的路由长度加1，然后中继浮标节点X采用优先无线电转发机制，即无线接口广播新的路由报文；
[0024] 步骤X10：中继浮标节点X设置路由请求超时定时器；
[0025] 步骤X11：中继浮标节点X进入等待阶段，路由请求超时定时器发现搜索路由时间已超过规定的时间，则转到步骤X12；否则若收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，转到步骤X15；
[0026] 步骤X12：无线链路路由搜寻失败，中继浮标节点X的水声接口重新广播相同的路由报文；
[0027] 步骤X13：中继浮标节点X设置路由请求超时定时器；
[0028] 步骤X14：中继浮标节点X进入等待阶段，路由请求超时定时器发现搜索路由时间已超过规定的时间，则丢弃报文；否则收到目的节点传回来的路由应答RREP报文，转到步骤X15；
[0029] 步骤X15：发送路由应答RREP报文到RREQ的源节点；转到步骤X16；
[0030] 步骤X16：中继浮标节点X检查RREP中的路由是否比自身路由表中的路由更新，如果RREP中的路由较新，转到步骤X17；否则转到步骤X18；
[0031] 步骤X17：中继浮标节点X更新到目的节点的本地路由表；
[0032] 步骤X18：转到步骤X3。
[0033] 优选地，中继水下节点路由转发机制过程包括：
[0034] 步骤Y1：发送源节点S检查状态；
[0035] 步骤Y2：发送源节点S的广播定时器超时，发送源节点S将自己的广播ID自加1，到目的节点的路由长度设置为0，产生一个路由请求RREQ报文广播出去；
[0036] 步骤Y3：中继水下节点Y检查状态；
[0037] 步骤Y4：中继水下节点Y接收到路由请求RREQ报文；
[0038] 步骤Y5：中继水下节点Y检查是否第一次接收到该路由请求RREQ报文，如果是转到步骤Y6；否则直接丢弃路由报文并休眠；
[0039] 步骤Y6：中继水下节点Y检查是否RREQ的目的节点，如果是转到步骤Y10；否则转到步骤Y7；
[0040] 步骤Y7：中继水下节点Y检查是否有到RREQ目的节点的有效路由，如果存在有效路由则转到步骤Y10；否则转到步骤Y8；
[0041] 步骤Y8：中继水下节点Y根据本节点的剩余电量和队列缓存长度判断是否适合传输，如果是转到步骤Y9；否则丢弃路由报文并休眠；
[0042] 步骤Y9：把RREQ报文中转发跳数加1，到目的节点的路由长度加1，然后中继水下节点Y产生一个新的路由请求RREQ报文并广播出去；转到步骤Y13；
[0043] 步骤Y10：发送路由应答RREP报文到RREQ的源节点；转到步骤Y11；
[0044] 步骤Y11：中继水下节点Y检查RREP中的路由是否比自身路由表中的路由更新；如果RREP中的路由较新，转到步骤Y12；否则转到步骤Y13；
[0045] 步骤Y12：中继水下节点Y更新到目的节点的本地路由表；
[0046] 步骤Y13：转到步骤Y3。
[0047] 优选地，其特征在于，路由请求RREQ报文的
帧格式包括：数据包类型、报文广播ID、转发跳数计算器、路由请求识别码、目的节点IP地址、目的节点序列号、路由请求RREQ源节点的IP地址、路由请求RREQ源节点的序列号、从RREQ源节点到该节点的时延代价和转发等待时间
阈值；其中：
[0048] 路由请求识别码为当前发送RREQ报文的唯一标识号，通过路由请求识别码可以有效避节点对同一报文多次应答的情况，防止路由死循环；报文广播ID字段，用于与节点缓存路由表进行比较，判断是否更新本地路由表；从RREQ源节点到该节点的时延代价字段用于度量建立最优通信路径；转发等待时间阈值字段用于设置不同要求下浮标节点最大路由搜索时间。
[0049] 优选地，路由应答RREP报文的帧格式包括：数据包类型、报文广播ID、转发跳数计算器、路由请求识别码、目的节点IP地址、目的节点序列号、路由请求RREQ源节点的IP地址、路由请求RREQ源节点的序列号和中继节点地址列表，其中：路由请求识别码为当前发送RREP报文的唯一标识号。
[0050] 优选地，水下节点包括以下三个状态：
[0051] a)Discovery状态：水下节点水声接口收发模
块开启，与网络中其他节点的水声接口交换路由请求报文；
[0052] b)Active状态：水下节点水声接口收发模块处于开启状态，与网络中其他节点的水声接口交换数据报文；
[0053] c)Sleeping休眠状态：水下节点水声接口收发模块关闭休眠，节点不进行任何数据包收发工作；
[0054] 当水下节点处于Sleeping休眠状态时，若检测到路由请求或者数据请求，则水下节点相应转换为Discovery状态或者Active状态；当水下节点不满足路由条件时，将从Discovery状态转移到Sleeping休眠状态。
[0055] 优选地，时延代价指从发送源节点发起路由请求RREQ报文开始，至接收到对应目的节点回复路由应答RREP报文为止所经历的时间，时延代价可以反应网络状况的好坏。
[0056] 优选地，目的节点选择选择最优通信路径时，还包括：当存在多条不同路由通信路径时延代价相同时，选择跳数较少的路径作为最优通信路径。
[0057] 一种高能效声电协同传输网络路由方法，包括以下步骤：
[0058] S1、发送源节点在未检测到到达目的节点的路由信息时，向周围的节点广播路由请求RREQ报文；
[0059] S2、周围的节点接收到发送源节点发送的路由请求RREQ报文后，判断是否是目的节点，若是，则为目的节点，转至步骤S3；若不是，则判断节点是否适合转发路由请求RREQ报文，若适合，则为中继节点，转至步骤S4；若不适合，则直接将路由请求RREQ报文丢弃；
[0060] S3、目的节点对于不同到达路径，以时延代价最小来选最优通信路径，再根据最优通信路径返回应答报文RREP至发送源节点，转至步骤S5；如果出现不同路径的时延代价相同，则选择跳数小的路径为最优通信路径，再根据最优通信路径返回应答报文RREP至发送源节点，转至步骤S5；
[0061] S4、中继节点更新路由请求RREQ报文，再次转发更新后的路由请求RREQ报文，直至到达目的节点；具体地，中继节点包括中继浮标节点和中继水下节点，如果是中继浮标节点，则执行优先无线电转发机制；如果是中继水下节点，则直接转发更新后的路由请求RREQ报文；
[0062] S5、发送源节点根据最优通信路径和目的节点进行数据传输。
[0063] 与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：
[0064] (1)本发明引入优先无线电转发机制，通过水面浮标节点无线链路的协作，分担水声链路路由信令开销，提高了网络整体的带宽利用率。
[0065] (2)基于节点剩余电量和队列缓存长度，在路由转发节点选择的过程中充分考虑节点
能量和负荷状况，避免在处于拥塞状态和剩余能量不足的节点上建立路由，更符合声电协同传输网络的应用需求，提高了数据传输的可靠性、均衡网络的能量消耗，提高了网络整体的数据传输性能。
[0066] (3)针对水下节点的电池能量有限并且难以更换，本发明为了节省能量，水下节点包括Discovery、Active、Sleeping三个状态，能更高效地利用电池能量。
附图说明
[0067] 图1为本发明一个
实施例中声电协同传输网络路由系统的示意图。
[0068] 图2为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由方法
流程图。
[0069] 图3为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的节点
软件设计主流程图。
[0070] 图4为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的节点路由广播超时模块流程图。
[0071] 图5为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的节点发送模块流程图。
[0072] 图6为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的节点接收模块流程图。
[0073] 图7为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的中继浮标节点的发送模块具体流程图。
[0074] 图8为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的中继水下节点发送模块具体流程图。
[0075] 图9为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的水下节点状态转移图。
[0076] 图10为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的RREQ路由报文帧格式。
[0077] 图11为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的RREP路由报文的帧格式。
[0078] 图12为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的节点维护的本地路由表。
[0079] 图13为本发明一个实施例中声电协同传输网络路由系统的节点更新报文冲突网络示意图。
具体实施方式
[0080] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0081] 一种高能效声电协同传输网络路由系统，如图1所示，包括多个节点，具体地，包括：浮标节点和水下节点，在水面上部署多个浮标节点，水下部署多个水下节点。浮标节点具备水声和无线电接口，水下节点只具备水声接口，水下节点之间主要采用声波的方式通信，水面上的浮标节点之间的通信一般采用无线电磁波通信，水面和水下的信息交换主要依赖于浮标节点和水下节点的水声接口。浮标节点和水下节点依据所起作用，分为：发送源节点、中继节点和目的节点，其中：中继节点包括：中继浮标节点和中继水下节点，具体地：
[0082] 发送源节点，用于在未检测到到达目的节点的路由信息时，泛洪式向周围节点广播携带RREQ路由请求报文；
[0083] 中继节点，用于接收并转发路由请求，根据该节点的剩余电量和节点队列缓存长度判断本节点是否适合传输路由请求；若是，则根据中继节点的类型，选择不同的路由转发机制。如果是中继浮标节点，则执行优先无线电转发机制。如果是中继水下节点，则只需直接转发更新后的路由报文。
[0084] 目的节点，用于接收路由报文或者数据，对于不同到达路径的路由请求，以时延代价最小来选最优通信路径，再根据最优通信路径返回应答报文RREP至发送源节点。
[0085] 下面对中继浮标节点路由转发机制进行详细说明。
[0086] 对于中继浮标节点，路由转发机制采用优先无线电转发机制。优先无线电转发机制包括：中继浮标节点参与路由寻路转发时，接收到路由请求RREQ报文后，优先采用浮标节点无线电接口广播转发路由寻路包，此时，中继浮标节点进入等待阶段，当中继浮标节点等待时间超过最大路由搜索时间时，如果没有收到目的节点回传的路由应答RREP报文，则判断通过无线电链路协作找不到目的节点的有效通信路径；当无线电链路找不到目的节点的有效通信路径时，中继浮标节点选择水声接口重新广播转发相同的路由请求RREQ报文，再一次进入等待阶段，如果当中继浮标节点等待时间再次超过最大路由搜索时间时，还没有收到目的节点回传的RREP报文，则判断该中继浮标节点不是有效节点，丢弃路由报文。最大路由搜索时间可以按网络规模的大小来制定。
[0087] 在目的节点处很有可能收到多种路由搜索结果，针对这种情况，选择时延代价为度量来选择最优通信路径。时延代价是指从源节点发起路由RREQ分组开始，至接收到对应目的节点回复的RREP分组为止所经历的时间，时延代价可以反应网络状况的好坏。当存在多条不同路由通信路径时延代价相同时，选择跳数较少的路径作为最优通信路径。
[0088] 参照图1-6、图9-12，中继浮标节点执行优先无线电转发机制过程包含如下步骤：
[0089] 步骤X1：发送源节点S检查状态；
[0090] 步骤X2：发送源节点S的广播定时器超时，发送源节点S将自己的广播ID自加1，到目的节点的路由长度设置为0，产生一个路由请求RREQ报文广播出去；
[0091] 步骤X3：中继浮标节点X检查状态；
[0092] 步骤X4：中继浮标节点X接收到路由请求RREQ报文；
[0093] 步骤X5：中继浮标节点X检查是否第一次接收到该RREQ路由报文，如果是转到步骤X6；否则直接丢弃路由报文；
[0094] 步骤X6：中继浮标节点X检查是否RREQ的目的节点，如果是转到步骤X15；否则转到步骤X7；
[0095] 步骤X7：中继浮标节点X检查是否有到RREQ目的节点的有效路由，如果存在有效路由则转到步骤X15；否则转到步骤X8；
[0096] 步骤X8：中继浮标节点X根据本节点的剩余电量和队列缓存长度判断是否适合传输，如果是转到步骤X9；否则丢弃路由报文；
[0097] 步骤X9：把RREQ报文中转发跳数加1，到目的节点的路由长度加1，然后中继浮标节点X采用优先无线电转发机制，即无线接口广播新的路由报文；
[0098] 步骤X10：中继浮标节点X设置路由请求超时定时器；
[0099] 步骤X11：中继浮标节点X进入等待阶段，路由请求超时定时器发现搜索路由时间已超过规定的时间，则转到步骤X12；否则若收到目的节点传回来的RREP报文，转到步骤X15；
[0100] 步骤X12：无线链路路由搜寻失败，中继浮标节点X的水声接口重新广播相同的路由报文；
[0101] 步骤X13：中继浮标节点X设置路由请求超时定时器；
[0102] 步骤X14：中继浮标节点X进入等待阶段，路由请求超时定时器发现搜索路由时间已超过规定的时间，则丢弃报文；否则收到目的节点传回来的RREP报文，转到步骤X15；
[0103] 步骤X15：发送路由回复数据报文RREP到RREQ的源节点；转到步骤X16；
[0104] 步骤X16：中继浮标节点X检查RREP中的路由是否比自身路由表中的路由更新。如果RREP中的路由较新，转到步骤X17；否则转到步骤X18；
[0105] 步骤X17：中继浮标节点X更新到目的节点的本地路由表；
[0106] 步骤X18：转到步骤X3。
[0107] 下面对中继水下节点路由转发机制进行详细说明。
[0108] 参照图1-5、图7-11，针对一次由中继水下节点转发的路由寻路广播包含如下步骤：
[0109] 步骤Y1：发送源节点S检查状态；
[0110] 步骤Y2：发送源节点S的广播定时器超时，发送源节点S将自己的广播ID自加1，到目的节点的路由长度设置为0，产生一个路由请求RREQ报文广播出去；
[0111] 步骤Y3：中继水下节点Y检查状态；
[0112] 步骤Y4：中继水下节点Y接收到路由请求RREQ报文；
[0113] 步骤Y5：中继水下节点Y检查是否第一次接收到该RREQ路由报文，如果是转到步骤Y6；否则直接丢弃路由报文并休眠；
[0114] 步骤Y6：中继水下节点Y检查是否RREQ的目的节点。如果是转到步骤Y10；否则转到步骤Y7；
[0115] 步骤Y7：中继水下节点Y检查是否有到RREQ目的节点的有效路由，如果存在有效路由则转到步骤Y10；否则转到步骤Y8；
[0116] 步骤Y8：中继水下节点Y根据本节点的剩余电量和队列缓存长度判断是否适合传输，如果是转到步骤Y9；否则丢弃路由报文并休眠；
[0117] 步骤Y9：把RREQ报文中转发跳数加1，到目的节点的路由长度加1，然后中继水下节点Y产生一个新的路由请求数据报文RREQ并广播出去；转到步骤Y13；
[0118] 步骤Y10：发送路由回复数据报文RREP到RREQ的源节点；转到步骤Y11；
[0119] 步骤Y11：中继水下节点Y检查RREP中的路由是否比自身路由表中的路由更新。如果RREP中的路由较新，转到步骤Y12；否则转到步骤Y13；
[0120] 步骤Y12：中继水下节点Y更新到目的节点的本地路由表；
[0121] 步骤Y13：转到步骤Y3。
[0122] 参照图1-12，针对发送DATA数据的过程具体包含如下步骤：
[0123] 步骤Z1：任一节点Z检查状态；
[0124] 步骤Z2：节点Z有上层DATA数据包需要发送到目的节点；
[0125] 步骤Z3：检查节点Z是否是目的节点。如果是转到步骤Z6；否则转到步骤Z4；
[0126] 步骤Z4：节点Z检查自己是否有到达目的节点的有效路由，如果有，则转到步骤Z5；如果没有，则丢弃DATA数据包；
[0127] 步骤Z5：节点Z转发DATA数据包；
[0128] 步骤Z6：缓存发送数据包，发送ACK信息包，转到步骤Z1。
[0129] 本实施例中，水上节点和水下节点维护的本地路由表如图12所示。本地路由表设计为保存一个记录节点下一跳节点信息的路由表，路由表项字段包括：目的节点地址、目的节点序列号、跳数、最小跳数、路径个数、下一跳节点地址和路径优先级。目的节点地址是传输信息目的节点的网络地址；目的节点序列号用来标记接收到的消息包被源节点发送的先后顺序，为自然正数，数字越大，消息越新，节点路由表只保存接收到的最新的路由信息；跳数指的是沿该路径向目的节点传输需要的跳数；最小跳数是路由表中到同一目标节点的记录中最小的跳数值；下一跳节点地址指的是沿该路径向目的节点传输第1步要传到的节点地址；路径优先级表示为自然正数，数字越小，级别越高，传输数据时首先考虑优先级等于1的路径。
[0130] 由于数据冲突，部分浮标节点可能接收不到路由更新报文，如图13所示的网络，节点2和节点3同时收到节点1发出的路由更新报文，处理后同时转发，这样两个数据包在节点4处产生了冲突，导致节点4无法接收到路由更新报文。
[0131] 为了避免因数据冲突引起的路由更新失败，本发明路由协议采用随机延迟发送来减轻数据冲突的影响。随机延迟发送就是节点在转发中心路由请求报文时，需要延迟一段随机时间，这样就降低了数据包冲突的概率。随机退避时间为：
[0132] RandomDelay＝Uniform(0,MaxDelay)
[0133] 其中MaxDelay为最大转发延迟。
[0134] 在水下不能使用
太阳能，水下节点的电池能量有限并且难以更换，本发明为了节省能量，尽可能地高效率利用能量，水下节点包括以下三个状态：
[0135] a)Discovery状态：水下节点水声接口收发模块开启，与网络中其他节点的水声接口交换路由请求报文；
[0136] b)Active状态：水下节点水声接口收发模块处于开启状态，与网络中其他节点的水声接口交换数据报文；
[0137] c)Sleeping休眠状态：水下节点水声接口收发模块关闭休眠，水下节点不进行任何数据包收发工作；
[0138] 当水下节点处于Sleeping休眠状态时，若检测到路由请求或者数据请求，则水下节点相应转换为Discovery状态或者Active状态。当该水下节点不满足路由条件时，将从Discovery状态转移到Sleeping休眠状态。
[0139] 一种高能效声电协同传输网络路由方法，包括以下步骤：
[0140] S1、发送源节点在未检测到到达目的节点的路由信息时，向周围的节点广播路由请求RREQ报文。
[0141] 本发明路由方法的特点是按需建立路由，节点有通信需求才启动路由发现过程，当节点路由表中不存在(或已失效到达目的节点的路由表项时，节点开始向周围节点广播路由请求RREQ报文。本实施例中，对发送节点广播的路由请求RREQ(Route Request报文进行扩展。
[0142] 具体地，扩展后的路由请求RREQ报文帧格式如图10所示，包括：数据包类型、报文广播ID、转发跳数计算器、路由请求识别码、目的节点IP地址、目的节点序列号、路由请求RREQ源节点的IP地址、路由请求RREQ源节点的序列号、从RREQ源节点到该节点的时延代价、转发等待时间阈值。路由请求识别码为当前发送RREQ报文的唯一标识号，通过该序列号可以有效避免每个节点对同一报文多次应答的情况，防止路由死循环。新增报文广播ID字段，用于与节点缓存路由表进行比较，看是否更新本地路由表；新增从RREQ源节点到该节点的时延代价字段，以此为度量建立最优通信路径；新增转发等待时间阈值字段，用于设置不同要求下浮标节点最大路由搜索时间。
[0143] S2、周围的节点接收到发送源节点发送的路由请求RREQ报文后，判断是否是目的节点，若是，则为目的节点，转至步骤S3；若不是，则判断节点是否适合转发路由请求RREQ报文，若适合，则为中继节点，转至步骤S4；若不适合，则直接将路由请求RREQ报文丢弃。
[0144] 具体地，周围的节点接收到发送源节点发送的路由请求RREQ报文后，判断是否是重复RREQ路由报文，如果是则丢弃，否则根据路由请求RREQ报文判断目的地址是否为本节点地址；若是，则删除该RREQ报文并根据路由请求对应的路径返回应答报文RREP至发送源节点，如果目的地址不是本节点地址则节点作为中继节点，将RREQ报文中跳数加1，并将自身地址写入RREQ报文中与跳数对应的中继地址。根据节点的剩余电量和节点队列缓存长度判断节点符合传输的要求之后，再根据中继节点类型选择路由转发机制。
[0145] S3、目的节点对于不同到达路径，以时延代价最小来选最优通信路径，再根据最优通信路径返回应答报文RREP至发送源节点，转至步骤S5。如果出现不同路径的时延代价相同，则选择跳数小的路径为最优通信路径，再根据最优通信路径返回应答报文RREP至发送源节点，转至步骤S5。
[0146] 本实施例中，应答报文RREP报文帧格式如图11所示，包括：数据包类型、报文广播ID、转发跳数计算器、路由请求识别码、目的节点IP地址、目的节点序列号、路由请求RREQ源节点的IP地址、路由请求RREQ源节点的序列号、中继节点地址列表。路由请求识别码为当前发送RREP报文的唯一标识号，通过该序列号可以有效避免每个节点对同一报文多次应答的情况，减少路由表更新情况比较。
[0147] S4、中继节点更新路由请求RREQ报文，再次转发更新后的路由请求RREQ报文，直至到达目的节点。具体地，中继节点包括中继浮标节点和中继水下节点，如果是中继浮标节点，则执行优先无线电转发机制；如果是中继水下节点，则直接转发更新后的路由请求RREQ报文。
[0148] 中继浮标节点和中继水下节点根据本节点的剩余电量和队列缓存长度判断本节点是否适合传输路由请求。如果是中继浮标节点，需执行优先无线电转发机制。如果是中继水下节点，则只需要直接转发接收的路由报文。
[0149] 在路由发现的过程中，提出了节点剩余电量、队列缓存长度两个参数作为节点是否参与转发的判断依据。中继节点可预先存储可通行的下一级节点的信息，在确认可参与转发时以便进行路由请求转发。如果不参与转发，则中继节点可直接将报文丢弃。
[0150] 基于节点剩余电量、队列缓存长度的判断，可以在路由选择的过程中充分考虑节点能量、负荷状况，避免在处于拥塞状态和剩余量不足的节点上建立路由。
[0151] 此外，在检测到达目的节点的路由信息时，发送源节点则可直接根据路由信息发送数据。中继节点在接收到发送源节点发送的路由请求RREQ报文后，判断本节点是否是目的节点，如果不是，则根据路由信息再次转发数据，直至目的节点接收到数据。
[0152] S5、发送源节点根据最优通信路径和目的节点进行数据传输。
[0153] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
