多层无人机网络覆盖优化与动态路由选取方法研究

发布时间：2020-09-18 07:02

　　 小型无人机由于具有成本低、容易部署和灵活执行各种任务等优势,在某些军事或民事领域得到了广泛地重视。甚至在某些领域内,无人机的应用远远地超过了我们的想象。因此本文研究重点落在多层无人机网络的覆盖优化与动态路由选取方法。本文贡献如下:1)针对传统的地面核心网络对无人机飞行区域的覆盖不足问题,构建了基于部署中继无人机的双层无人机网络,在减少无人机网络平均通信时延的同时增加数据包接收率;针对上层中继无人机覆盖效率较低的问题,提出了基于上层无人机的覆盖边界条件分析的覆盖优化理论,通过调整上层无人机的轨迹及覆盖角度得到最大的有效覆盖率;针对三维无人机网络路由节点选取困难的问题,提出了基于双层无人机网络结构的平均时延矩阵分析的路由选择算法(PDME),从而减少无人机通信链路中多余的跳数,进而大大降低无人机通信链路的平均时延和丢包率;搭建仿真平台,测算上层无人机有效覆盖率及双层无人机通信链路的平均时延、数据包接收率;2)针对现有路由算法面对三维无人机网络路由节点选择比较复杂问题,提出了基于立方体空间划分的动态路由选取方法(CSRP),从而减少了通信链路平均时延、数据包接收率的影响;搭建仿真验证平台,评估无人机网络采用CSRP路由算法、AODV路由算法、GPSR路由算法的传输时延、时延抖动、数据包接收率等性能指标。最后,对本文的研究内容进行总结,多层网络覆盖优化与动态路由选取方法有待进一步研究。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V279
【部分图文】：

／逡逑图２－１两层无人机网络模型逡逑图２－２描述的是双层无人机网络的干扰模型。在该模型中，为了避免无人机逡逑之间的相互千扰，上层无人机将与下层无人机在不同的频段地通信。此外，分配逡逑给上层无人机之间的通信频段同样不同于下层无人机之间的通信频段。如图２－２逡逑所示，在无人机通信场景１中，由于下层的无人机采用全向天线通信，无人机Ｅ逡逑与无人机Ｇ通信时会收到无人机Ｆ的干扰。假设无人机／与无人机／之间的距离逡逑为那么接收信号的信干燥比（ＳＩＮＲ）由公式（２－１）中的第一行公式表达，逡逑其中无人机／和７都在仟务人飞行即／，．／ｅ0ｘ。当上层无人机Ａ使用定向天线与下逡逑层无人机Ｃ通信时，接收端人机Ｃ会受到无人机Ｄ的信号干扰，该场景可以由逡逑场景２表示。那么接收信号的信干燥比由公式（２－１）中的第二行公式表达，其逡逑中无人机ｉ和ｊ都在任务人飞行即／ｅｃｆｃｊｅｃ＆ｘ。从场景三可以看出，当下层无人逡逑机Ｈ与上层无人机Ｂ通信时接收端无人机会受到无人机Ｅ的干扰

＿在频段ｆ３上的干扰逡逑图２－２双层无人机网络干扰模型逡逑兄表示图２－３所示的全向天线的球表面积，Ｓ。代表定向天线的球冠表面积。逡逑由于上层无人的位置对于任务层无人机是实时己知的，来自上层的无人机的干扰逡逑是可以计算的己知数。那么ＳＩＮＲ的公式可以简化为公式（２－３），其中逡逑ｓ邋ｗｎ々气逡逑ｐｅＯ．ｖ逡逑ｆ邋ｗ，ｒ邋．．邋＾逡逑■逦—邋ｉ，邋ｊ邋ｅ＾＞ｘ逡逑Ｎａ＋Ｖ，逡逑逦邋ｚ邋ｅ邋0５，邋ｙ邋Ｇ邋Ｏｘ逡逑ＳＩＮＲ邋＝邋Ｎ0＋Ｕ，逦（２－３）逡逑Ｐ

一＿在频段ｆ３上的干扰逡逑图２－２双层无人机网络干扰模型逡逑兄表示图２－３所示的全向天线的球表面积，Ｓ。代表定向天线的球冠表面积。逡逑由于上层无人的位置对于任务层无人机是实时己知的，来自上层的无人机的干扰逡逑是可以计算的己知数。那么ＳＩＮＲ的公式可以简化为公式（２－３），其中逡逑ｓ邋ｗｎ々气逡逑ｐｅＯ．ｖ逡逑ｆ邋ｗ，ｒ邋．．邋＾逡逑■逦—邋ｉ，邋ｊ邋ｅ＾＞ｘ逡逑Ｎａ＋Ｖ，逡逑逦邋ｚ邋ｅ邋0５，邋ｙ邋Ｇ邋Ｏｘ逡逑ＳＩＮＲ邋＝邋Ｎ0＋Ｕ

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本文编号：2821354