[發明專利]一種無人機自組織網絡的路由建立方法及系統

有效

• 申請號: 202110019348.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112822752B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 郭晶晶;高華敏;馬建峰;劉志全;李興華;魏旭亮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04L45/02;H04B7/185;H04W84/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

一種無人機自組織網絡的路由建立方法及系統，路由建立方法包括以下步驟：預定義默認分簇策略，基于默認分簇策略進行網絡分簇，得到初始網絡簇結構；基于強化學習設計無人機自組織網絡的路由動態調整模型；對各網絡節點設置基于網絡拓撲穩定性的懲罰函數，各網絡節點反饋懲罰函數的輸出，根據反饋信息動態更新路由動態調整模型，并選取最優分簇策略提供給各網絡節點；獲取穩定的基于分簇的簇結構，建立各網絡節點的路由。本發明能夠針對無人機網絡運行階段網絡狀態的動態變化自適應的調整分簇策略，從而延長網絡的生命周期，并提高網絡拓撲的穩定性以及節點間的路由穩定性，降低了通信時延。

技術領域

本發明屬于電子信息領域，具體涉及一種無人機自組織網絡的路由建立方法及系統。

背景技術

無人機自組織網絡(Unmanned Ad-hoc Vehical Network)是一種應用自組織網絡(Mobile Ad-hoc Networks,MANETs)技術的無人機網絡，具有獨立組網、自組織、動態拓撲、無約束移動、多跳路由技術等特點。這些特點使無人機自組織網絡近年來在民用與軍用領域均得到了廣泛關注，其應用領域包括地質勘測、氣象探測、通信中繼等、無人機協同作戰、偵察等。多無人機協同完成任務已經成為未來無人機的重要發展方向，在多無人機協同任務系統中，各無人機間的路由協議成為一個重要的研究問題。傳統的無人機路由協議不具有自適應性，無法滿足異構無人機在高度動態環境下的路由策略動態調整需求，在異構無人機組網、任務復雜的情況下面臨網絡生存時間短、孤立簇多等問題，從而無法支持異構無人機在動態、復雜情境下執行復雜任務。因此，設計一種適用于動態復雜網絡環境下的異構無人機自組織網絡的路由協議具有重要的意義?，F有的無人機自組織網絡的體系架構可以分為兩類，分別是平面網絡結構與分級網絡結構，相應的路由協議也可以分為不分層次路由協議與分層次路由協議。在分層次路由協議中，首先需要將網絡中所有無人機節點劃分為多個簇，每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成，簇頭形成高一級的網絡，同一簇內的節點通過簇頭實現簇內通信，不同簇的節點間通過簇頭轉發數據進行簇間通信。分簇過程主要包含簇頭選舉，簇選擇與簇維護三個部分?，F有分簇算法的基本思路均為分析對路由性能有影響的因素，然后對這些因素進行加權求和運算，根據各節點的計算結果來選取簇頭節點并確定簇內節點。在整個網絡生存期間，計算時選取的各因素的權重因子均為常數，不會隨著網絡狀況的改變進行相應調整，使得這些分簇協議可以在網絡節點與網絡拓撲滿足這些協議所假設的條件下取得預期效果，無法滿足異構無人機自組織網絡(即網絡節點所擁有的能量、耗電率、速率、方向等參數均不同)在動態網絡下(即網絡節點地理分布、鏈路強度等網絡參數動態變化)執行任務時希望確保網絡生存時間長、拓撲穩定、低時延與低丟包率等路由需求。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中異構無人機自組織網絡難以滿足動態復雜網絡環境下對路由需求的問題，提供一種無人機自組織網絡的路由建立方法及系統，能夠針對無人機網絡運行階段網絡狀態的動態變化自適應的調整分簇策略。

為了實現上述目的，本發明有如下的技術方案：

一種無人機自組織網絡的路由建立方法，包括以下步驟：

預定義默認分簇策略，基于默認分簇策略進行網絡分簇，得到網絡的初始簇結構；

基于強化學習設計無人機自組織網絡的路由動態調整模型；

對各網絡節點設置基于網絡拓撲穩定性的懲罰函數，各網絡節點反饋懲罰函數的輸出，根據反饋信息動態更新路由動態調整模型，并選取最優分簇策略提供給各網絡節點；

獲取穩定的基于分簇的簇結構，建立各網絡節點的路由。

作為本發明路由建立方法的一種優選實施例，預定義默認分簇策略時，假設無人機自組織網絡擁有N個節點，每個節點具有獨一無二的身份標識，對于第i個節點，其身份標識記為ID_i；對于身份標識記為ID_i的任意節點，與其相關的記號如下：