高动态飞行器自组织网络关键技术研究

发布时间：2021-05-21 07:02

　　飞行器自组织网络（Flying ad hoc network,FANET）是由无人飞行器（Unmanned aerial vehicle,UAV）机群组成的多跳、自治的移动自组织网络（Mobile Ad Hoc Network,MANET）。飞行器节点高速移动,不依赖基础设施自行组网,并通过多跳转发完成数据交互。在这样的组网方式和通信模式下,节点感知范围更大、通信距离更远、网络覆盖范围更广。然而节点移动速度快和网络拓扑变化频繁严重制约着高动态飞行器自组织网络性能。如何适应节点高动态运动并使网络性能保持在较高水平,是高动态自组织网络研究的一项挑战。本文主要研究了高动态飞行器自组织网络性能的影响因素、组网设计优化、网络拓扑变化感知、节点移动方式区分等内容。目的是最大限度地减少节点高速移动对网络的影响,并构建高性能飞行器自组织网络。全文研究的主要内容可概括为:1.高动态飞行器自组织网络组网方案设计。本文首先分析了自物理层至传输层影响网络性能的的多种因素,包括无线传播方式、节点移动性、节点密度、物理层/数据链层协议、路由协议、流量负载等。然后结合分析结果和网络特点,合理选用各层协议并设置参数,... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 FANET的特点
        1.1.2 FANET面临的挑战
    1.2 FANET发展现状
        1.2.1 移动模型的发展
        1.2.2 路由协议的发展
    1.3 论文的结构和创新点
        1.3.1 论文的组织结构
        1.3.2 论文的主要创新点
第2章 FANET相关概念
    2.1 引言
    2.2 路由协议
        2.2.1 典型的MANET路由协议
        2.2.2 基于移动感知的路由协议
        2.2.3 自适应路由
    2.3 移动模型及移动特征
        2.3.1 移动模型
            2.3.1.1 个体移动模型
            2.3.1.2 群组移动模型
            2.3.1.3 地理受限的移动模型
        2.3.2 移动特征
    2.4 网络性能衡量指标
        2.4.1 包传输率
        2.4.2 网络吞吐量
        2.4.3 平均端到端延迟
        2.4.4 平均抖动
    2.5 本章小结
第3章 一种高动态FANET组网方案
    3.1 引言
    3.2 FANET组网发展现状
    3.3 一种适于高动态场景的FANET组网设计
        3.3.1 网络组成与结构
            3.3.1.1 网络组成
            3.3.1.2 网络结构
        3.3.2 影响网络性能因素分析
            3.3.2.1 无线传播模型
            3.3.2.2 物理层/MAC层协议对网络性能的影响
            3.3.2.3 节点移动方式对网络性能的影响
            3.3.2.4 路由协议对网络性能的影响
            3.3.2.5 流量负载对网络性能的影响
            3.3.2.6 节点密度对网络性能的影响
            3.3.2.7 路由协议与节点移动方式的匹配研究
            3.3.2.8 安全协议
        3.3.3 FANET组网方案
            3.3.3.1 节点移动性对网络拓扑及网络性能影响分析
            3.3.3.2 FANET组网方案
    3.4 本章小结
第4章 FANET网络拓扑变化感知及表征研究
    4.1 引言
    4.2 FANET节点间拓扑变化因素分析
    4.3 拓扑变化度
        4.3.1 相关术语
        4.3.2 定义
        4.3.3 关于拓扑变化度的说明与分析
        4.3.4 感知周期固定的拓扑变化感知方法
        4.3.5 可变感知间隔的拓扑变化感知方法
    4.4 评估与讨论
        4.4.1 不同移动方式下全网平均拓扑变化度的评估
        4.4.2 不同移动方式的区分
        4.4.3 拓扑变化度与其它移动指标的对比
    4.5 本章小结
第5章 FANET复杂场景自适应路由研究
    5.1 引言
    5.2 基于拓扑变化度的FANET自适应路由选择策略
        5.2.1 原理阐述
        5.2.2 处理流程
            5.2.2.1 周期性拓扑变化感知PTVA
            5.2.2.2 自适应路由选择策略ARCS
    5.3 TARCS有效性验证
        5.3.1 TARCS与其它协议的对比
        5.3.2 使用不同策略的TARCS对比
        5.3.3 结论
    5.4 讨论与评估
        5.4.1 拓扑变化度参考门限值的设置
        5.4.2 节点密度对TCD值的影响
        5.4.3 感知间隔对TCD值的影响
    5.5 本章小结
第6章 基于支持向量机的节点移动模型分类研究
    6.1 引言
    6.2 拓扑变化向量
        6.2.1 定义
        6.2.2 不同移动模型的拓扑变化向量
    6.3 支持向量机及在MANET中的应用
        6.3.1 支持向量机简介
        6.3.2 SVM在 MANET中的应用
    6.4 移动模型区分
        6.4.1 构建基于SVM的移动模型分类器
        6.4.2 分类效果评估
        6.4.3 不同数目的特征向量分类结果比较
        6.4.4 10折交叉验证法区分多种移动模型的结果与评估
    6.5 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 后续研究
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于新型特征与支持向量机的调制识别方法[J]. 陈佳林,熊刚.  通信技术. 2018(04)
[2]高动态自组织无人机网络架构设计与模式研究[J]. 陈思静,张可,贺颖.  计算机科学. 2015(02)
[3]弹群组网应用与关键技术[J]. 胡建平,杨峻巍.  电讯技术. 2014(03)
[4]MANET中TCP拥塞控制方法综述[J]. 刘洪全,谷源涛.  中南大学学报(自然科学版). 2013(01)
[5]多无人机协同作战通信自组网技术[J]. 王东,张广政,穆武第.  飞航导弹. 2012(01)
[6]无人机自组网络通信体系结构系统设计[J]. 徐志明,朱精果.  高技术通讯. 2010(06)
[7]无人机自组网系统设计与实现[J]. 陈旿,孙凯将,张力,肖鑫.  西北工业大学学报. 2009(06)
[8]MANET双层群节点移动模型设计与研究[J]. 石丛军,任清华,郑博,刘芸江.  系统仿真学报. 2009(22)
[9]MANET中节点的运动模型和性能分析[J]. 王建新,李健,朱贤曼.  计算机工程. 2006(19)
[10]Ad hoc网络的体系结构及其设计[J]. 王海涛.  中国数据通信. 2003(08)

博士论文
[1]MANET的拓扑动态性研究[D]. 郭丽芳.北京邮电大学 2011

硕士论文
[1]无人机可靠自组网机制研究[D]. 史贾兵.北京邮电大学 2018



本文编号：3199271