无人机自组网路由策略及时延优化研究

发布时间：2020-03-29 07:30

【摘要】：无人机飞行灵活、成本较低,有望在交通监控、应急救援等公共服务领域得到广泛应用。受传输范围所限,编队式飞行需无人机自发形成无线自组网,即无人机自组网,来互相提供通信支撑。与传统无线自组网不同,无人机自组网存在移动性强、节点分布不均匀、拓扑结构易变等特点。因此,如何应对上述新挑战,设计稳定、可靠的路由协议来支撑低时延、高交付率的机间通信任务,具有现实的应用意义。考虑到GPS类装置已成为无人机标配,本文针对性地调研了以GPSR为代表的基于地理位置信息的路由协议。针对GPSR协议所存在的若干问题,得到了一种综合利用距离、位置角度和邻居节点密度为路山判据的GRDAD路由协议。与传统GPSR路山协议相比,GRDAD 协议具有以下四个特点:1)在贪婪转发路由决策环节融入了节点移动信息选择下一跳转发节点,改善了 GPSR路由判据不足的问题,能够为数据分组选择一条快速、稳定的传输路径;2)利用链路连通时间辅助邻居表维护,可解决邻居节点失效问题;3)通过位置预测算法按需更新节点位置坐标,提高了路由决策的准确性;4)贪婪转发失败时,迅速进入周边转发,并利用节点监听信道的方法可以有效消除冗余路径和多余跳数,使数据分组尽快绕过空洞区域,有效提高了路由转发效率,降低了传输时延。为验证GRDAD协议的可行性和适用性,本文在NS2仿真平台上,对GPSR、GPSR-R和改进的GRDAD协议进行了性能测试。结果表明:在高动态网络环境下,GPSR协议在时延方面具有优势,对应的交付率性能不佳;GPSR-R协议在交付率方面改善很大,对应的时延性能不理想;因此,GPSR和GPSR-R协议不满足无人机自组网低时延、高交付率的通信要求;而GRDAD算法在保证一定的分组交付率的情况下兼顾了传输时延,在两者之间进行比较合理的折中和均衡,符合无人机自组网系统的应用环境。
【图文】：

示意图,分类依据,路由算法,示意图

ＣＲ路由也称作方向最近贪婪路由。其中，“方向”是用角度来衡量，指数据转发节点逡逑分别与邻居节点以及目的节点连线所形成的夹角，“最近”是用夹角的大小来衡量，ＣＲ贪逡逑婪路由算法将最小夹角对应的邻居作为下一跳数据转发节点。如图３．１所示，假设用５？表逡逑示源节点，Ｚ）表示目的节点，＃表示源节点Ｓ—跳范围内的所有邻居节点的集合，即逡逑＃邋＝邋０，５，（：，五，／＼（７，／／｝。在源节点５所有邻居节点对应的夹角中，由于＾７见＞最小，则逡逑按照方向最近转发规则，节点Ｇ将被选作下一跳的数据转发节点。在ＣＲ方向最近贪婪路逡逑由中，数据分组从源节点向目的节点转发过程中，途经的每一跳中间节点都严格执行这种逡逑转发规则，最终完成分组的转发任务或因中间转发失败丢弃分组。逡逑但ＣＲ方向最近贪婪路由存在一些缺点和不足。如图３．２所示，／表示数据转发的当逡逑前节点，它的邻居集合，，节点Ｊ的邻居集合节点尺的邻居逡逑集合Ａ＾＝逦

方向图,路由设计,路由环,目的节点

由算法的传输成功率和时延性能。逡逑N１．２邋ＭＦＲ和ＮＦＰ贪婪路由逡逑如图３．１所示，过当前节点Ｓ的任一邻居节点向源节点和目的节点的连线Ａ？做垂线逡逑段，分别与射线相交于，、５’、Ｃ＇、￡？、Ｆ’、Ｇ１、／／？点，若用表示该集合，逡逑即Ｐ’，５’，／＾，Ｇ。每个邻居节点会在该射线上对应产生一段投影距离，逡逑若用集合巧表示，则巧各邻居节点在射线ＡＳ■对逡逑应的投影距离既有大小之分，又有方向之别。如果邻居节点位置在源节点Ｓ１的前向区域内逡逑时，该节点的对应的投影距离为正，如图中等；反之，如果邻居节点逡逑位置不在源节点的前向区域时，该节点的对应的投影距离为负，如图中等。逡逑ＭＦＲ贪婪算法首先将下一跳节点的选择限制在对应投影距离为正的邻居节点中，然后再逡逑在这些节点中选择对应投影距离最大的节点为下一跳数据的转发节点；而ＮＦＰ恰好与逡逑ＭＦＲ相反
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V243.1

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