[發(fā)明專利]一種無人機(jī)自組網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性預(yù)測的多徑路由協(xié)議方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210137735.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-15
• 公開（公告）號(hào): CN114390631A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寧;李云;蘇開榮;朱陽;張明鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W40/12;H04W40/20;H04W40/36;H04W84/18;H04L41/14;H04L41/147
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 王海軍

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)自組網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性預(yù)測的多徑路由協(xié)議方法，該方法包括：根據(jù)無人機(jī)移動(dòng)路徑建立無人機(jī)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型；根據(jù)構(gòu)建的無人機(jī)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型采用多徑路由算法建立主備份路由，其中主備份路由包括主路徑和備份路徑；獲取待預(yù)測節(jié)點(diǎn)的信息，將節(jié)點(diǎn)信息輸入到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性預(yù)測模型中，得到該節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性預(yù)測結(jié)果，根據(jù)預(yù)測結(jié)果構(gòu)建路由列表；根據(jù)路由列表節(jié)點(diǎn)執(zhí)行路由切換；本發(fā)明提出的無人機(jī)自組網(wǎng)移動(dòng)性預(yù)測的多徑路由協(xié)議方案，不僅考慮了無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的高度動(dòng)態(tài)性、無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的剩余能量、信號(hào)強(qiáng)度以及鏈路失效時(shí)間，而且考慮了由于路由頻繁斷裂造成的路由重構(gòu)的問題，減少了路由重構(gòu)的時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)自組網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性預(yù)測的多徑路由協(xié)議方法。

背景技術(shù)

隨著無線自組網(wǎng)研究和多無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的發(fā)展，無人機(jī)自組網(wǎng)已成為新的研究熱點(diǎn)，復(fù)雜場景下節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高動(dòng)態(tài)性對(duì)無人機(jī)自組網(wǎng)的通信組網(wǎng)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。無人機(jī)作為信息化作戰(zhàn)平臺(tái)在信息采集、情報(bào)獲取和通信中繼等方面扮演著重要的角色，無人機(jī)集群能夠提供虛擬空中基地、智能智慧平臺(tái)、電子戰(zhàn)等一系列功能，充分發(fā)揮信息網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。

無人機(jī)自組網(wǎng)(UAV Ad Hoc networks，UANET)是實(shí)現(xiàn)協(xié)同一體化的關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)^(qū)域內(nèi)所有無人機(jī)獲得信息通過無線信道實(shí)現(xiàn)信息共享，提高無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)信息的實(shí)時(shí)處理能力和對(duì)特殊情況的相應(yīng)能力，同時(shí)增強(qiáng)無人機(jī)在不同環(huán)境下的生存能力。保證無人機(jī)之間實(shí)時(shí)和可靠通信時(shí)無人機(jī)自組網(wǎng)的其他功能的基礎(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)高效的通信系統(tǒng)是近幾年無人機(jī)自組網(wǎng)的研究重點(diǎn)。

無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化無人機(jī)節(jié)點(diǎn)以高速和任意方式在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)，并受到無線信道間的互相干擾、地形和天氣等綜合因素的影響，無人機(jī)之間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆S時(shí)可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都難以預(yù)測。完成復(fù)雜的任務(wù)需要無人機(jī)之間組成無人機(jī)自組網(wǎng)，即由若干無人機(jī)動(dòng)態(tài)形成的、無需借助任何中心站的多條無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(mobile Ad Hoc networks，MANET)是由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自行組成的多跳臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)，其無中心和自組織的特性尤其適用于不同環(huán)境下的無人機(jī)群體協(xié)同工作的需求，其中路由技術(shù)是核心技術(shù)。目前，有很多應(yīng)用在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)，但并不適合高速移動(dòng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化、不斷有節(jié)點(diǎn)加入或離開的無人機(jī)自組網(wǎng)。因此，如何設(shè)計(jì)適用于無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)的高效的路由協(xié)議，來實(shí)現(xiàn)無線通信鏈路的實(shí)時(shí)聯(lián)通具有重要意義。然而，現(xiàn)有的研究只是考慮了無人機(jī)的單一特點(diǎn)情況，并沒有解決由于無人機(jī)高度動(dòng)態(tài)變化造成的路由頻繁斷裂的問題；由于單徑路由沒有充分利用網(wǎng)絡(luò)的有效信息，增加了不小的路由開銷，而且，數(shù)據(jù)傳輸無法并行傳輸，或者在鏈路斷開時(shí)無法及時(shí)找到一條備份路徑，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸率較低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種無人機(jī)自組網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性預(yù)測的多徑路由協(xié)議方法，該方法包括：根據(jù)無人機(jī)移動(dòng)路徑建立無人機(jī)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型；根據(jù)構(gòu)建的無人機(jī)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型采用多徑路由算法建立主備份路由，其中主備份路由包括主路徑和備份路徑；獲取待預(yù)測節(jié)點(diǎn)的信息，將節(jié)點(diǎn)信息輸入到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性預(yù)測模型中，得到該節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性預(yù)測結(jié)果；根據(jù)移動(dòng)性預(yù)測結(jié)果執(zhí)行路由切換。

優(yōu)選的，采用多徑路由算法建立主備份路由的過程包括：在原節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條可用路由，將其中鏈路質(zhì)量最好的路由作為主路由；根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量利用高斯馬爾科夫移動(dòng)模型預(yù)測節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻的位置，當(dāng)預(yù)測出鄰居節(jié)點(diǎn)超出通信范圍或者鏈路即將失效時(shí)，則提前切換到備份路由。

優(yōu)選的，將節(jié)點(diǎn)信息輸入到移動(dòng)性預(yù)測模型中的過程包括：節(jié)點(diǎn)的信息包括節(jié)點(diǎn)的剩余能量、鏈路失效時(shí)間以及節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度；

將節(jié)點(diǎn)的剩余能量對(duì)輸入到基于剩余能量的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性預(yù)測模型中進(jìn)行移動(dòng)性預(yù)測；若預(yù)測鄰居節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性小于零，則對(duì)該鄰居節(jié)點(diǎn)設(shè)置警告值，若預(yù)測鄰居節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性大于零，則該鄰居節(jié)點(diǎn)作為切換路由；