无人机自组织网络动态分簇与机会路由研究

发布时间：2020-04-27 14:13

【摘要】：在现代信息化战争中,无人机已成为重要的信息传递节点和作战单元。无人机自组织网络是无线自组网技术在无人机编队组网中应用的产物。无人机编队通过构建灵活、高效、抗毁性强的无人机自组织网络,不仅能够保证无人机编队协同完成作战任务,而且可以通过空中无线“热区”的方式覆盖作战区域,实现作战单元之间信息、战术和火力的高效协同。本文紧密结合无人机编队飞行和网络拓扑动态变化的特点,深入分析了网络分簇及簇间机会路由在无人机自组织网络中应用的优势,探索了基于无人机路径规划的网络分簇算法和基于链路可用带宽预测的簇间机会路由协议的设计方法,研究成果为无人机网络数据链系统研制提供技术支持和储备。本文的主要创新性工作包括:(1)设计了基于路径规划的无人机自组织网络加权高效分簇算法。在实战中,无人机地面控制站采用路径规划算法预设无人机编队的飞行轨迹,从而针对存在威胁障碍的作战区域,计算出从初始位置到目标位置的最优路径。针对这一特点,本文首先采用粒子群算法实现了多障碍物环境下的无人机路径规划,然后在此基础上,提出了两种适用于无人机自组织网络的加权高效分簇算法(WHEA-P,WCAA-P)。两种算法均以面向路径规划的分簇稳定度、节点分布状况、节点剩余能量为分簇加权代价因子,分别以簇首节点稳定和簇成员节点稳定为优化目标。仿真结果证明,本文设计的算法充分考虑了无人机编队网络拓扑结构对分簇性能的影响,与传统的最小ID号算法和WCA算法相比,分簇维护开销小,分簇稳定度高,且能获得更优的网络生存时间性能。(2)设计了基于链路可用带宽预测的无人机自组织网络簇间机会路由协议。簇间路由协议是保证分簇无人机自组织网络性能的关键。如果采用传统的路由协议,在无人机编队飞行过程中,簇首的重新选举、网络拓扑结构的动态变化、远距离无线链路的断裂均会引发新的路由发现过程,消耗宝贵的无线链路传输资源。相比之下,机会路由协议无需节点维护路由表,采用中继节点间竞争的方法确定下一跳转发节点,直至数据包到达目的节点。本文假定无人机节点数据链路层采用载波检测/冲突避免(CSMA/CA)的信道接入方式,首先针对高动态环境下的无人机节点链路可用带宽预测方法展开研究,然后提出了一种基于链路可用带宽预测的簇间机会路由协议。该协议以节点当前的链路可用带宽和前进距离为依据,计算中继节点的优先级排序,确定下一跳路由。仿真结果证明了协议的优越性。
【图文】：

自组织网络,无人机,军事领域,有线网络

织网络概述网络不依赖任何固定的基础设施,由具有无线收发功机节点地位平等，既可以担任主机节点又可以充当中继节迅速、自治性高、抗毁性强和可靠性高等特点，因此在应用[3]。anned Aerial Vehicle，，UAV）[4]具有价格低廉、用途多样风险、机动性能好等优势，在民用和军事领域得到了广方面，可用于实现战场侦察、目标定位校射、电子战、估等各类危险任务[5, 6]，避免了单兵执行这些任务造成的领域方面，可用于地质勘测、地图测绘、灾害监测、通力成本高，复杂地形下难以实现等问题，大大提高了经大学洛杉矶分校受到美国国防部高级研究计划局的资助中继网络展开初步研究。21 世纪初，美军在最新发布的未来全球信息栅格的重要节点，并且强调无人机自组织 12]。

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图 1.2 无人机自组织网络的体系结构（a）平面结构（b）分簇结构内外研究概况无人机的发展和应用成为全球热点，学术界、工业界、政府部门对无人机了白热化的阶段，取得了令人瞩目的成绩。无人机自组织网络是无线自组能够应用于多架无人机系统，实现无人机群协同控制与决策，从而大大地功率。因此无人机自组织网络受到了学术界的格外关注，也取得了一些重对无人机自组织网络关键技术的研究涉及范围广，但主要集中在拓扑控制、协议、网络安全等方面。下面列举了无人机自组织网络重点研究方向。）拓扑控制算法控制对无人机自组织网络的性能影响很大，密集的网络拓扑会导致网络内络吞吐量下降，能量消耗严重；稀疏的网络拓扑会导致无人机节点之间链路的割裂，通信性能大幅下降。的拓扑控制算法按照管理方式可以分为节点功率退避算法和层次型拓扑控制算法，一方面要避免隐藏终端和暴露终端，另一方面通过动态调整节点的
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279

【参考文献】