[發(fā)明專利]無人機自組網(wǎng)中基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法、無人機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910588296.6
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110475205B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣毅;張若南;李彬;何亦昕;唐曉;周德云
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W4/024
• 分類號: H04W4/024;H04W4/40;H04W24/06;H04W40/20;H04W40/22;H04W84/18
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于無人機自組網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種無人機自組網(wǎng)中基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法、無人機，構(gòu)建一個無人機自組織網(wǎng)絡(luò)模型，該模型包含一個源節(jié)點，G個地面基站節(jié)點和N個無人機節(jié)點；基于所述無人機自組織網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建通信節(jié)點之間的信息傳輸方案，并定義航跡信息；基于通信節(jié)點之間的信息傳輸方案以及航跡信息，計算通信節(jié)點之間的航跡方向和傳遞概率；基于通信節(jié)點之間的位置關(guān)系和傳遞概率，建立基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法；對所述基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法和基于相同網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的已有機制進行仿真，驗證本發(fā)明的優(yōu)越性。本發(fā)明在提高信息傳輸成功率、降低傳輸時延與路由開銷方面與已有機制相比具有更好的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機自組網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無人機自組網(wǎng)中基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法、無人機。

背景技術(shù)

目前，最接近的現(xiàn)有技術(shù)：無人機自組網(wǎng)(Flying Ad Hoc Networks，F(xiàn)ANETs)一種特殊的自組織網(wǎng)絡(luò)通常由地面站(Ground Station，GS)和天空中的多個無人機(UnmannedAerial Vehicle，UAV)組成。近年來隨著傳感器、嵌入式系統(tǒng)和GPS等設(shè)備的快速發(fā)展使無人機自組網(wǎng)能廣泛地被應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。

由于無人機在空中分布稀疏且飛行速度較快，因此會產(chǎn)生高度動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓撲。另外，由于無人機上的電源通常非常有限，應(yīng)避免遠距離傳輸，因為信號強度隨著距離的增加呈指數(shù)衰減。在擴展FANET中的通信范圍時，更優(yōu)選多跳中繼。在過去的幾十年中，許多研究人員對MANET和車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(VANET)的路由協(xié)議進行了大量研究。但是，由于高度動態(tài)的鏈路和不穩(wěn)定的無線信道，專門為MANET或VANET設(shè)計的機制不能直接應(yīng)用于FANET。因此，用于FANET中的消息的可靠和功率/頻譜有效中繼的路由協(xié)議是一個重要且具有挑戰(zhàn)性的問題。

現(xiàn)有技術(shù)一提出了一種基于拓撲結(jié)構(gòu)的無人機自組網(wǎng)路由算法，該算法通過分組傳輸實現(xiàn)更高的吞吐量，但由于需在傳輸前獲取網(wǎng)絡(luò)全局路由，在獲取全局路由的過程中需要發(fā)送大量的ping包，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中冗余的數(shù)據(jù)包量增加，因此該算法的路由開銷比較大。現(xiàn)有技術(shù)二提出了一種用于無人機自組網(wǎng)的抗干擾路由協(xié)議，該算法在網(wǎng)絡(luò)中存在惡意干擾的情況下有效提高網(wǎng)絡(luò)性能，但該算法在實際應(yīng)用過程中，由于無人機的運行內(nèi)存與存儲內(nèi)存量有限，因此大量的運算會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時延增大、節(jié)點死機等情況的產(chǎn)生，所以該算法很難運用在實際的場景中。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

(1)現(xiàn)有技術(shù)一的基于拓撲結(jié)構(gòu)的無人機自組網(wǎng)路由算法由于需在傳輸前獲取網(wǎng)絡(luò)全局路由，所以路由開銷比較大。

(2)現(xiàn)有技術(shù)二的用于無人機自組網(wǎng)的抗干擾路由協(xié)議算法較為復(fù)雜，在實際應(yīng)用過程中無人機的運行內(nèi)存與存儲內(nèi)存量有限，很難運用在實際的場景中。

現(xiàn)有技術(shù)很難有效應(yīng)對無人機自組網(wǎng)這種高機動性、節(jié)點稀疏帶來的通信困難，將導(dǎo)致高時延、高路由開銷和低傳輸成功率的情況發(fā)生，因此本發(fā)明基于航跡關(guān)系自適應(yīng)選擇中繼節(jié)點可有效緩解當前無人機自組網(wǎng)通信性能較低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種無人機自組網(wǎng)中基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法、無人機。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種無人機自組網(wǎng)中基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法，所述無人機自組網(wǎng)中基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法包括：

第一步，構(gòu)建一個無人機自組織網(wǎng)絡(luò)模型，該模型包含一個無人機或基站，G個地面基站節(jié)點和N個無人機節(jié)點；

第二步，基于無人機自組織網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建通信節(jié)點之間的信息傳輸方案，并定義航跡信息；

第三步，基于通信節(jié)點之間的信息傳輸方案以及航跡信息，計算通信節(jié)點之間的航跡方向和傳遞概率；

第四步，基于通信節(jié)點之間的位置關(guān)系和傳遞概率，建立基于航跡關(guān)系的中繼選擇方法。