无人机自组网中贪婪周边无状态路由协议研究

发布时间：2020-05-04 16:11

【摘要】：随着无人机技术的日益成熟及未来战场等多方面的需求,无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network,UAVANET)得到众多科研人员的广泛关注。但由于无人机节点高速移动,导致UAVANET拓扑结构变化过于频繁,链路也极易断裂,严重影响了UAVANET的性能。为建立更加可靠的通信,研究UAVANET路由协议成为该领域的重要课题之一。随着定位技术的迅速发展,无人机可方便地获取自身位置信息,使基于地理位置的路由协议被广泛应用在UAVANET中。贪婪周边无状态路由(Greedy Perimeter Stateless Routing,GPSR)协议作为典型的地理路由且简单高效,成为研究热点。但在高动态的UAVANET中,GPSR协议又会表现出频繁周边转发、邻居列表所维护的信息不够准确等问题。为解决以上问题,本文主要研究内容如下:首先,针对GPSR协议中周期性HELLO机制带来邻居节点位置不准确以及节点高速移动导致链路稳定性差的问题,提出一种基于移动预测和节点稳定性的GPSR协议(A GPSR protocol based on Mobile Prediction and Node Stability,GPSR-MPNS)。该协议引入失效节点筛选机制对邻居节点的位置进行预测,剔除邻居列表中已失效的邻居节点,降低失效节点对数据进行转发的概率。同时,综合考虑邻居节点与目的节点间的距离、链路生存时间和有效邻居节点数三个因素来选择下一跳转发节点,提高所选节点的稳定性,使所建链路更加可靠。其次,在提高GPSR协议中邻居节点位置信息精确性的同时,为避免所选节点成为空洞节点导致数据转发效率低,提出一种基于邻节点筛选的GPSR协议(A GPSR protocol based on Neighbor node Screening,GPSR-NS)。在该协议中,同样采用失效节点筛选机制,剔除邻居列表中已经失效的邻节点;再引入空洞节点筛选机制,剔除待定邻节点集中下一跳可能成为空洞节点的邻节点;之后,在有效邻节点集中,使用原始贪婪转发模式对数据进行转发。GPSR-NS协议通过提前避开邻居列表中的失效节点与空洞节点,提高邻居列表的有效性,进而提高数据包的转发效率。最后,以平均端到端时延、丢包率、路由开销和网络吞吐量为评价指标,在Ubuntu16.04+NS2.35仿真平台对GPSR-MPNS协议、GPSR-NS协议与现有的GPSR协议和MP-GPSR协议进行仿真比较。仿真结果表明,本文所提的两种协议均能有效降低UAVANET的平均端到端时延、丢包率和路由开销,并提高网络吞吐量。其中,GPSR-NS协议的性能优于GPSR-MPNS协议,能更好地适应高动态的UAVANET。
【图文】：

结构图,结构图,无人机,路由维护

第 2 章无人机自组网及其路由协议网简介机在续航时间、通信范围、抗打击性等方面的局思想，用无人机替代普通移动节点，从而形成 UAV范围、工作效率、稳定性和生存能力等。将无人机作为网络节点，各节点通过无线链路相文等信息，而自动连接建立的一个分布式移动网或着卫星等基础通信设施作为辅助进行通信。网络各种应用程序，又可以作为路由器，根据对应的据分组的转发和路由维护工作。UAVANET 的结构

路由协议

）民用领域UAVANET 还可以应用到民用领域。在一些紧急突发或极度危险的情况下，，可能发生故障无法工作或对人身安全的考虑，使用 UAVANET 进行处理具有，例如：火灾营救、地震后救援等方面。此外，其还被广泛应用在农业监测摄、环境考察等方面。无人机自组网路由协议由于中小型无人机的移动速率较高，这种特性导致UAVANET拓扑变化过于频也变得极其不稳定，严重影响了 UAVANET 的性能。为建立更加可靠的通信网 UAVANET 路由协议成为该领域的重要课题之一。UAVANET 路由协议可以从多个角度进行分类。首先可以根据其是否需要借置信息分为两大类：基于拓扑结构的路由协议和基于地理位置的路由协议。其拓扑结构的路由协议据又可以根据其建立路由的方式不同分为三类：主动型、按需型路由协议和混合型路由协议。UAVANET 路由协议具体的分类情况所示。
【学位授予单位】：西安邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V243.1

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