[發明專利]一種基于節點負載狀態受限路由方法、裝置及系統

在審

• 申請號: 202210150710.7
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114666861A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 郭永安;王陽;佘昊;孫洪波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/24;H04W84/18;H04L47/125;H04L45/12;H04B7/185
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于節點負載狀態受限路由方法，所述方法包括：源節點和/或中間節點根據負載狀態和剩余能量選擇下一跳的備選中間節點，下一跳的備選中間節點接收路徑請求包；基于中間節點與目的節點之間的距離關系，從下一跳的備選中間節點中選擇下一跳的中間節點，下一跳的中間節點廣播路徑請求包，直到路徑請求包抵達目的節點；其中，所述源節點和各中間節點均掌握目的節點的地理位置信息。本發明通過設計節點負載狀態的判斷方法，使網絡盡可能達到負載均衡，降低網絡開銷和平均端到端時延；本發明提供地理位置信息的輔助能夠減小分組轉發的地理范圍，提升分組投遞率；本發明考慮節點剩余能量，能夠提高網絡鏈路穩定性。

技術領域

本發明涉及一種基于節點負載狀態受限路由方法、裝置及系統，屬于無人機網絡路由技術領域。

背景技術

隨著電子技術、傳感器技術和通信技術的發展，無人機在很多領域發揮著更大的作用。通過建立無人機集群，可實現大量單無人機系統無法高效完成的任務。而無人機集群高效運轉的基礎是建立穩定可靠的通信網絡，保證無人機節點間的高效通信。移動自組織網絡具有無中心、組網高度靈活、拓撲動態可變、抗毀性強等特點，可有效滿足無人機集群組網通信的需求。無人機集群采用移動自組網的通信架構，形成了無人機自組網。

無人機自組網是由無人機擔當網絡節點組成的具有任意性、臨時性和自治性網絡拓撲的動態自組織網絡系統。作為網絡節點，每架無人機都配備移動自組網絡通信模塊，既具有路由功能，又具有報文轉發功能，可以通過無線連接構成任意的網絡拓撲。每架無人機在該網絡中兼具任務節點和中繼節點兩種功能：作為任務節點，可在地面控制站或其他無人機的指令控制下執行任務意圖；作為中繼節點，可根據網絡的路由策略和路由表參與路由維護和分組轉發工作。

目前，對于無人機自組網路由協議的研究主要在于：結合FANETs網絡的特性對傳統自組網路由協議進行優化改進?？紤]到無人機集群無約束移動的特點，Al-Emadi S A等人提出反應-貪婪-反應(reactive-greedy-reactive，RGR)路由協議，不需要專門的位置服務機制提供目的節點的位置信息，而用被動路由機制替代；相對純粹的被動路由協議，RGR協議不需要專門的路由修復過程進行路徑修復而可用貪婪轉發機制替代。在路由發現階段，RGR協議沿用AODV盲目洪泛RREQ消息的方式，使網絡開銷大，甚至導致節點緩存溢出和網絡擁塞的問題，LI Y等人使用了受限洪泛和移動預測機制，一定程度上增加了數據包發送的成功率、降低了端到端時延，但控制開銷的降幅則不理想。Kunz T等人提出了新路由延遲建立機制，一定程度上降低了控制開銷，但數據包發送的成功率和端到端時延這兩個指標則不盡如人意。本發明提出了基于節點負載狀態并由地理位置信息輔助的受限洪泛機制，能夠有效降低網絡開銷，同時提升了分組投遞率、降低平均端到端時延。

同時，包括RGR協議在內的絕大多數無人機自組網協議都沒有考慮到無人機能量有限的因素，單個無人機節點掉線很容易造成鏈路斷開和設備損壞。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于節點負載狀態受限路由方法、裝置及系統，能夠使網絡盡可能達到負載均衡，降低網絡開銷和平均端到端時延，提升分組投遞率，提高網絡鏈路穩定性。為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種基于節點負載狀態受限路由方法，包括：

源節點和/或中間節點根據負載狀態和剩余能量選擇下一跳的備選中間節點，下一跳的備選中間節點接收路徑請求包；

基于中間節點與目的節點之間的距離關系，從下一跳的備選中間節點中選擇下一跳的中間節點，下一跳的中間節點廣播路徑請求包，直到路徑請求包抵達目的節點；其中，所述源節點和各中間節點均掌握目的節點的地理位置信息。

結合第一方面，進一步地，所述選擇下一跳的備選中間節點，包括：