基于复杂环境下海上船舶通信延迟的优化方法

来源:用户上传      作者:兰斌

　　【摘要】 船舶在海上航行的通信系统通常利用传统信号传输算法， 在内部通信信号传输过程中，基于地理和气候环境的复杂性等诸多因素影响，时常产生通信延迟的现象，必须对传输延迟的原因进行深度分析，探究信号传输能量耗尽的相关数据。传统的通信延迟消除模式不能对传感网络整体消耗能量进行有效计算，并且达不到消除延迟应有的精度。因此，本文提出将近端寻优粒子作为技术支撑的无线传感网络通信传输延迟优化的方式。
　　【关键词】 复杂环境 海上船舶 通信延迟 优化方法
　　引言：
　　随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在船舶通信系统广泛应用，已经成为船舶通信系统的核心技术依托。从本质上讲，无线通信就是无线传感网络技术的一种，众多的网络节点中存储着海量数据，实时通信目标就是通过传输采集到的数据实现的，为船舶航行提供全方位的信息技术。但是在具体的技术应用过程中， 基于海洋环境的复杂性，容易受到气候等各种因素的干扰产生信号延迟，同时基站节点实时监控不到位，放电时间过长就会耗尽能量，导致无线通信难以持续进行，因此目前重要的研究课题就是怎样解决无线通信信号传输延迟问题。
　　针对该问题，本文提出消除通信延迟的新方案，分析特殊的气候、复杂的环境影响因素，实现对通信传输延迟的消除和优化。
　　一、复杂环境下海上船舶通信延迟数据分析
　　针对复杂环境下海上船舶通信过程中延迟消除的措施研究，首先要进行有效的数据分析。单跳路网络节点能量的计算必须采用优化的方式，网格的划分要根据等级保证大小相等，对最大通信网络节点的停留位置进行确定，汇聚的网络为单跳网络，然后进行网络覆盖范围在停留状态下的分析，求出信号发送端与传感节点的距离，进行模型建立，模型包括汇聚节点移动行程和均衡性无线网络周期模型，然后结合目前最前沿的算法选择最佳的通信延迟消除策略。在初始的传感器节点能量的计算过程中，因为剩余的传感器节点能量，从低能量向最高通信节点转变，所以本研究必须计算出有关能量的等级。其规划的门限就是路径节点距离，利用网格的形式等量划分能量等级，并进行网格中心集的设计，以一个数据周期为限制，停留位指示符号采用最大的通信节点，停留状态根据停留点数量确定。
　　传输到目标距离所需的能量消耗，等同于单位时间内传输节点处的初始能量与剩余能量之差。以一个半径进行加权处理每一个簇头间距，这个半径的范围就是无线通信网簇头节点的区域，从而得出发送信号和节点之间的关系。输出信号的获得要通过模型来实现，这个模型就是能量消耗输入反馈均衡模型，其信号就是簇头覆盖半径，综合考虑输出信号的特征，按照无线网络通信的速率和传输距离的内在联系，确定通信延迟解除的措施[1]。
　　二、消除传感网络通信过程延迟的原理
　　本文介绍的实施海上船舶航行通信信号延迟的有效消除的原理是一个环环相扣的过程，首先要对节点的能量等级进行计算，然后让Sink节点停留位置的状态有效呈现，进行信号传输中传感节点能量消耗的确定，真正知道信息发送距离和传感节点间的关联性，制定行之有效的网络通信延迟的措施，实现海上船舶通信过程延迟的有效消除。具体消除原理从以下几个步骤体现。
　　（一）节点能量等级计算
　　设定，目前传感器节点中剩余能量用Fswed表示，Fyuwed代表初始的传感节点能量，而σsfg表示代表剩余的传感节点能量，那么通过公式（1）进行无线传感节点能量等级的计算：
　　
　　式（1）中，低能量的传感节点构成Sink节点的概率为rsg。
　　（二）节点停留位置的状态描述
　　设定，路由节点选取的阈值用εfrt 表示，全部网格中心集合用ωgty表示，xdg表示代表Sink节点停留位置状态指示符号，?wer表示Sink节点上需要停留位置的数量，那么Sink节点停留位置的状态可以通过公式（2）得出：
　　
　　公式中，一个数据在Sink节点上的收集周期则视为Rswf 。
　　（三）消耗能量计算
　　设定，Sink节点移动横穿所有覆盖区域的最短路径用 fdhk表示，Sink节点在其保持位置μ上停留的时间长度用t（cojj）表示 ，那么，信号传输中传感节点的能量消耗可以通过公式（3）获得：
　　上公式中，初始化的鞲薪诘隳芰课εdfr，发射目标距离单位信号能耗为pjki。
　　（四）距离之间的关系确定
　　设定，簇头节点的覆盖半径用d（sj）表示，任意簇头节点用ηsf表示，在无线传感器网络中设置簇头节点间的距离权重用esfg表示，那么，信息发送距离关联传感节点的表现可以通过式（4）获得：
　　（五）制定通信过程延迟消除策略
　　设定，簇头覆盖区域直径用αgyu 表示，信号传输消耗的整体总能量用lsdf表示，正常信号在传感网通信信道接收端用ahdf 表示，通信信道在传感器网络负载开销用εftg 表示，通过判决反馈在传感器网络的通信信道中对输出信号进行均衡用Mswfr表示，那么，可以通过公式（5）制定网络通信延迟过程消除的策略：
　　
　　上公式中，代表其输出信号的特征为desgk，信号载波频率为ssfg。
　　（六）通信过程延迟消除结果
　　设定，无线传感网络通信速率与通信距离的内在联用由swef表示[2]，那么，通公式（6）就可以消除通信过程延迟的现象：
　　
　　三、复杂环境下海上船舶通信延迟优化消除方法
　　（一）获得比值的关联性
　　1.求出轮数变化状态
　　设定，备选节点数量用bgh表示，曾经轮换过的作为常规节点的节点集合用Wfrg表示，传感网络体系结构用μde表示，数据被传感器接收的长度用Ssef表示，每单位比特传输与接收的能量用Eefrt表示，那么，轮数变化在传感器数据收集中的状态就可以通过公式（7）得出：

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