[發明專利]無人機通信網絡聯合路由協議的設計方法

有效

• 申請號: 201710758673.7
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107517158B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 曹先彬;肖振宇;楊朋;席星;尹超;吳大鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/721
• 分類號: H04L12/721;H04L12/801;H04L29/06;H04W40/12;H04W40/20;H04B7/185
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種無人機通信網絡聯合路由協議的設計方法，其特征在于，為無人機節點建立前回隊列模型FWBQ，根據FWBQ模型計算各鏈路的兩個節點的前向隊列和后向虛擬隊列的隊列擁塞；所述方法包括：

(一)設計聯合路由決策，具體是：

求取鏈路的回壓力：計算該鏈路上兩節點的前向隊列與后向虛擬隊列中數據分組的個數差值得到；所述的求取鏈路的回壓力具體是：設發射節點為i、接收節點為j的鏈路l_ij，根據FWBQ模型計算得到發射節點i的前向隊列的隊列擁塞為q_i,j，接收節點j的后向虛擬隊列的隊列擁塞為v_i,j，則在t時刻鏈路l_ij的回壓力BP_ij(t)計算如下：

BP_ij(t)＝q_i,j(t)-v_i,j(t)

進一步，計算獲得鏈路l_ij的隊列瞬時功率如下：

其中，u_i,j(t)為鏈路l_ij上分配的傳輸速率；

計算獲得鏈路l_ij的傳輸瞬時功率PB_ij(t)如下：

PB_ij(t)＝(h_i(t)-h_j(t))×u_i,j(t)

其中，h_i(t)表示節點i到目的基站的最少跳數，h_j(t)表示節點j到目的基站的最少跳數；

則鏈路l_ij的聯合路由決策值R_i,j(t)計算如下：

R_i,j(t)＝P_lij(t)+PB_ij(t)＝(q_i,j(t)-v_i,j(t))×u_i,j(t)+(h_i(t)-h_j(t))×u_i,j(t)；

定義并求取鏈路的隊列瞬時功率和傳輸瞬時功率；其中，鏈路的隊列瞬時功率為該鏈路的回壓力與傳輸速率的乘積；鏈路的傳輸瞬時功率為該鏈路兩端點到目的基站的最少跳數的差值與傳輸速率的乘積；

所設計的聯合路由決策是將鏈路的隊列瞬時功率和傳輸瞬時功率求和；根據最大的聯合路由決策值選擇下一跳的無人機，并為對應鏈路的發射節點分配發射功率，向選取的下一跳無人機傳輸數據分組；

(二)添加新的數據分組包頭，具體是：在數據分組的包頭中添加如下字段：當前無人機的隊列擁塞長度、當前無人機到目的基站的最短跳數；

(三)采用被動式鄰居發現策略，具體是：開啟各個無人機的監聽模式，通過監聽信道的方式獲得當前無人機的鄰居信息，包括無人機的隊列擁塞長度、無人機到目的基站的最短跳數。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的新的數據分組包頭，設計包括3個32位的字段：隊列擁塞長度、上一跳節點地址和跳數字段；隊列擁塞長度字段存儲節點的后向虛擬隊列的隊列擁塞值；跳數字段存儲節點與目的基站之間的最少跳數。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的聯合路由協議的設計方法基于聯合路由決策的一個實現過程如下：

步驟1，計算網絡中任意一條鏈路間的路由決策值；

步驟2，為網絡中的任意一個轉發節點尋找下一跳節點；在轉發節點的鄰居節點中，尋找之間鏈路的路由決策值最大的鄰居節點，作為下一跳節點；

設轉發節點為發射節點i，節點i與鄰居節點j的鏈路在t時刻的路由決策值為R_i,j(t)，設找到的下一跳節點為j^*，表示如下：

其中，N_i表示節點i的鄰居節點的集合；

步驟3，為找到的一對發射節點和接收節點中的發射節點分配發射功率，傳輸數據分組。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步驟3，具體是：對于發射節點i，在根據路由決策值找到下一跳節點j^*后，將以全功率發射信號；標記節點i與節點j的鏈路上在t時刻的傳輸速率為u_i,j(t)，如下：

其中，s_ij(t)為鏈路的狀態；p_i(t)表示分配給發射節點i的功率，當j＝j^*時，p_i(t)＝P_t，否則p_i(t)＝0；P_t是節點i的發射功率。