[發(fā)明專利]無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合路由協(xié)議的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710758673.7
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107517158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹先彬;肖振宇;楊朋;席星;尹超;吳大鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/721
• 分類號(hào): H04L12/721;H04L12/801;H04L29/06;H04W40/12;H04W40/20;H04B7/185
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合路由協(xié)議設(shè)計(jì)方法，屬于無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先構(gòu)建一個(gè)低維護(hù)開(kāi)銷、輕量級(jí)且易實(shí)現(xiàn)的無(wú)人機(jī)前回隊(duì)列模型；然后以此模型為基礎(chǔ)，分別提出了隊(duì)列瞬時(shí)功率和傳輸瞬時(shí)功率概念，并通過(guò)和式設(shè)計(jì)為聯(lián)合路由決策；之后設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)分組包頭，將無(wú)人機(jī)信息添加進(jìn)數(shù)據(jù)分組包頭中，開(kāi)啟無(wú)人機(jī)的監(jiān)聽(tīng)模式，被動(dòng)式地發(fā)現(xiàn)鄰居無(wú)人機(jī)；最后根據(jù)最大的路由決策變量選擇一個(gè)合適的無(wú)人機(jī)作為下一跳，并向該下一跳無(wú)人機(jī)傳輸數(shù)據(jù)分組。本發(fā)明的無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合路由協(xié)議具有較小的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列維護(hù)開(kāi)銷和較低的鄰居無(wú)人機(jī)發(fā)現(xiàn)開(kāi)銷，并能為地面短時(shí)突發(fā)業(yè)務(wù)提供高效地通信接入服務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合路由協(xié)議設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體是指一種聯(lián)合隊(duì)列瞬時(shí)功率和傳輸瞬時(shí)功率的無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合路由協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

傳輸和通信技術(shù)從根本上改變了現(xiàn)代人的生活習(xí)慣和生活方式。裝備了信號(hào)發(fā)射和信號(hào)接收裝置的無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是4G網(wǎng)絡(luò)和未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)的一種重要的通信容量擴(kuò)展方案。無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)能夠被用來(lái)擴(kuò)展地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，增強(qiáng)地面網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。可以預(yù)測(cè)，未來(lái)無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)被廣泛地應(yīng)用于各種民用應(yīng)急通信領(lǐng)域，包括搜索和救援，災(zāi)區(qū)應(yīng)急通信以及遙測(cè)遙感。

盡管無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)存在許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是為無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一個(gè)性能較好的通信機(jī)制存在較大的技術(shù)挑戰(zhàn)，原因是：首先，地面有線網(wǎng)絡(luò)之間的通信是通過(guò)電纜甚至光纜直接相連，能夠支持較大的數(shù)據(jù)傳輸速率；地面無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)也能高速地傳輸數(shù)據(jù)。與兩種地面通信網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)帶寬十分有限，所以，連續(xù)的地面業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的接入會(huì)給無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)很大的傳輸壓力。其次，無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力也相對(duì)有限，這樣，地面短時(shí)突發(fā)業(yè)務(wù)的接入也可能造成無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)大面積的擁塞，甚至導(dǎo)致業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大量的丟失，從而降低無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信性能。

因此，為了有效的利用無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，首先需要解決在短時(shí)突發(fā)業(yè)務(wù)場(chǎng)景下無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

本發(fā)明對(duì)無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議設(shè)計(jì)問(wèn)題的描述如下：本發(fā)明考慮一個(gè)特殊的無(wú)人機(jī)通信場(chǎng)景，如圖1所示，通信場(chǎng)景中存在一個(gè)目的基站和多個(gè)地面終端。當(dāng)大量的地面通信設(shè)施被自然災(zāi)害，例如洪水，臺(tái)風(fēng)，地震等損毀后，大面積的地面終端只能接收由臨時(shí)部署的準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)提供的通信接入服務(wù)。此時(shí)，當(dāng)?shù)孛娼K端產(chǎn)生大量業(yè)務(wù)需求時(shí)，應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議才能緩解無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

在過(guò)去的幾十年間，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)擁塞得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和重點(diǎn)研究。傳輸控制協(xié)議(Transmission control protocol,TCP)是眾多擁塞控制方法中的一種著名的傳輸層擁塞控制協(xié)議。自從TCP被提出以來(lái)，出現(xiàn)了多種版本的TCP，但是這些TCP無(wú)一例外的都是基于窗口控制的擁塞控制協(xié)議。基于窗口控制的協(xié)議要求每個(gè)終端都維護(hù)一個(gè)窗口大小值。窗口大小值是指允許被傳輸?shù)巧形幢豁憫?yīng)的數(shù)據(jù)分組(或稱數(shù)據(jù)包)的個(gè)數(shù)。任何一個(gè)新的數(shù)據(jù)分組都只能在終端接收到了該分組的前一個(gè)數(shù)據(jù)分組的響應(yīng)后才能被傳輸?shù)叫诺乐小CP具有根據(jù)信道擁塞狀況自適應(yīng)調(diào)整窗口大小的能力。在本質(zhì)上，TCP是解決一個(gè)網(wǎng)絡(luò)效用最大化的問(wèn)題，而且，這個(gè)問(wèn)題存在一個(gè)關(guān)鍵的假設(shè)，即，通信信道的容量是時(shí)不變的。但是，由于信道時(shí)變衰落，環(huán)境的影響等原因，無(wú)線信道的信道容量往往是時(shí)變的，所以，在無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中TCP可能無(wú)法取得理想的擁塞控制效果。而且，當(dāng)業(yè)務(wù)傳輸量較大時(shí)，直接利用TCP也可能導(dǎo)致各終端利用資源的嚴(yán)重不公平性。