[發明專利]構建無人機自組織網絡節點的三維時空相關群組移動模型的方法及系統

在審

• 申請號: 201611117808.3
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106658537A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李險峰;張濤
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W24/06;H04W84/18
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 于標

技術領域

本發明涉及無線移動自組織網絡技術領域，尤其涉及構建無人機自組織網絡節點的三維時空相關群組移動模型的方法及系統。

背景技術

移動模型是開展無線移動自組織網絡相關研究的基礎技術。

移動模型是對節點運動方式的抽象，描述節點的移動模式，包括位置、速度、加速度的變化等，刻畫節點如何移動。

移動模型產生的一系列隨時間變化的運動軌跡，是構建移動仿真環境的基礎，廣泛應用于無線網絡相關協議和算法的性能評價中。

目前已有的移動模型主要分兩類：

1、實體移動模型，側重描述單個節點的獨自運動規律。典型的有隨機游走移動模型、隨機路徑點移動模型、平滑轉彎移動模型、半隨機圓周運動移動模型等。

2、群組移動模型，側重描述節點作為群組的成員，節點之間的相互關系，群組整體運動規律。典型的有隊列移動模型、群組力移動模型、參考點移動模型等。

已有的移動模型主要存在如下不足：

1、實體移動模型描述單個節點移動規律，不能夠反映無人機群組在構建自組織網絡時的群組移動場景。另外，已有的實體移動模型，不能充分反映無人機節點的運動規律。比如在隨機移動模型中，節點的運動狀態是完全隨機的，節點的當前運動狀態與歷史運動狀態無關，容易產生突然停止、急轉等運動軌跡，而無人機節點由于受到飛行空氣動力學、機械約束等限制，通常軌跡比較平滑。

2、已有的群組移動模型是針對地面低速移動自組織網絡，不能夠反映出無人機自組織網絡移動場景。比如在隊列移動模型中，所有節點排成縱向或橫向隊列向前移動，這種移動模型針對的移動場景單一，不適用于無人機自組織網絡這種任務導向的網絡形態。其次，現有的群組移動模型是描述節點在二維平面上進行運動，不能反映無人機節點在三維空間運動規律。

發明內容

本發明提供了一種構建無人機自組織網絡節點的三維時空相關群組移動模型的方法，包括如下步驟：

初始化步驟：設置仿真環境基本參數；

選擇步驟：選定邏輯中心節點，將群組中節點角色劃分為邏輯中心節點和成員節點；

成員節點設定步驟：設定成員節點的初始化參數；

邏輯中心節點設定步驟：設定邏輯中心節點運動狀態的輸入向量；

第一處理步驟：成員節點首先利用GaussMarkov隨機過程產生基礎速度、方向及俯仰角值；

第二處理步驟：成員節點其次參考邏輯中心節點當前時刻的速度、方向和俯仰角值計算得出當前時刻最終的速度、方向和俯仰角值；

重復第一處理步驟和第二處理步驟，直到仿真時間結束。

作為本發明的進一步改進，所述仿真環境基本參數包括節點個數、仿真區域大小、速度變化區間、方向選擇范圍、俯仰角取值范圍、仿真時長。

作為本發明的進一步改進，成員節點的初始化參數包括初始位置、速度、方向、俯仰角。

作為本發明的進一步改進，邏輯中心節點運動狀態的輸入向量，包括速度、方向和俯仰角。

本發明還提供了一種構建無人機自組織網絡節點的三維時空相關群組移動模型的系統，包括：

初始化模塊：用于設置仿真環境基本參數；

選擇模塊：用于選定邏輯中心節點，將群組中節點角色劃分為邏輯中心節點和成員節點；

成員節點設定模塊：用于設定成員節點的初始化參數；

邏輯中心節點設定模塊：用于設定邏輯中心節點運動狀態的輸入向量；

第一處理模塊：成員節點首先利用GaussMarkov隨機過程產生基礎速度、方向及俯仰角值；

第二處理模塊：成員節點其次參考邏輯中心節點當前時刻的速度、方向和俯仰角值計算得出當前時刻最終的速度、方向和俯仰角值；

重復第一處理模塊和第二處理模塊，直到仿真時間結束。

作為本發明的進一步改進，所述仿真環境基本參數包括節點個數、仿真區域大小、速度變化區間、方向選擇范圍、俯仰角取值范圍、仿真時長。

作為本發明的進一步改進，成員節點的初始化參數包括初始位置、速度、方向、俯仰角。

作為本發明的進一步改進，邏輯中心節點運動狀態的輸入向量，包括速度、方向和俯仰角。

本發明的有益效果是：本發明利用GaussMarkov隨機過程構建時間相關性移動軌跡；通過設置邏輯中心節點方法來構建節點移動空間相關性；通過將無人機組織網絡節點的移動狀態，分解為速度、方向、俯仰角三個維度，構建三維空間移動模型，從而本發明無人機自組織網絡節點構建適用于多種場景的移動模型。