隨著我國對于海洋事業(yè)的大力支持,海上作業(yè)對于無線通信技術(shù)的需求逐漸增加,但是對于海洋互聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于初級階段。由于海洋環(huán)境的復雜性和區(qū)域的遼闊性使得傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(Ad Hoc Network)無法在海洋場景下得到較好的使用,為了解決這個問題,多個小型無人機組成的自組織網(wǎng)絡FANETs(Flying Ad Hoc Networks)以其極佳的經(jīng)濟前景、較高的靈活性和完成任務時的迅捷性在海洋巡邏和海洋搜救等應用中獲得了極大的優(yōu)勢。其中,路由協(xié)議作為一個關(guān)鍵的技術(shù),通過不同的節(jié)點分布情況確定不同的數(shù)據(jù)傳輸路徑,然而由于FANETs中UAV(Unmanned Aerial Vehicle)節(jié)點的高移動性與短連接性導致網(wǎng)絡拓撲變化更加頻繁,使得傳統(tǒng)自組織網(wǎng)中的路由協(xié)議無法在FANETs中很好的應用。因此,本文依據(jù)FANETs自身的網(wǎng)絡特點對傳統(tǒng)的路由協(xié)議進行優(yōu)化,以其能更好地應用于海洋環(huán)境,具體工作如下:首先,通過對海洋FANETs的網(wǎng)絡特征和傳統(tǒng)路由協(xié)議的分析,選擇OLSR(Optimized Link State Routing Protocol)協(xié)議進行改進研究。針對FANETs網(wǎng)絡在海洋場景下的特點使用最優(yōu)鏈路質(zhì)量指標ETX(Expected Transmission Count)進行度量,即OLSR-ETX協(xié)議。然后,提出了基于節(jié)點鏈路到期時間和剩余能量的最優(yōu)MPR(Multi Point Relay)集選擇算法。一方面,由于傳統(tǒng)的OLSR協(xié)議根據(jù)節(jié)點的連接度選擇MPR,而FANETs中節(jié)點動態(tài)變化快、鏈路連接時間短的特點可能會導致連接度較高的節(jié)點運動出通信范圍。因而本文考慮通過UAV的速度和相對位置來預測節(jié)點的鏈路到期時間(Link Expiration Time),以此重新計算ETX指標。另一方面,由于小型無人機有效載荷的局限性使其需要足夠的電池容量,因而通過引入一個能量閾值來避免選擇能量不足的節(jié)點為MPR。使用NS-3(Network Simulator 3)完成的網(wǎng)絡仿真結(jié)果表明,新算法較原算法有一定的性能優(yōu)化。最后,提出了基于遺傳算法的HELLO信息傳輸。針對標準OLSR協(xié)議在海洋FANETs中發(fā)送HELLO數(shù)據(jù)包時所設定的固定時間間隔值,有可能導致不必要的網(wǎng)絡開銷問題,提出使用遺傳算法優(yōu)化HELLO消息的傳輸間隔。隨著網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化,每個節(jié)點都能夠為HELLO消息的發(fā)送時間間隔選擇最佳的參數(shù),以此希望在不降低數(shù)據(jù)包的成功接收率的情況下進一步的減少端到端的延遲和網(wǎng)絡路由的開銷。NS-3仿真結(jié)果表明,經(jīng)由遺傳算法優(yōu)化后的OLSR-ETX協(xié)議能夠節(jié)省約百分之十的開銷。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5;P756.6
【部分圖文】：

ＦＡＮＥＴｓ，它的網(wǎng)絡節(jié)點是無人機、地面基站或者衛(wèi)星，多個小型ＵＡＶ組成??的自組織網(wǎng)絡，并只通過其中的一個子集與地面基站或者衛(wèi)星通信。一個簡單的??ＦＡＮＥＴｓ模型如圖２－１所示。對于ＦＡＮＥＴｓ的研宄雖然才剛剛有一定的頭緒，但??關(guān)于無線移動自組織網(wǎng)絡的研宄己經(jīng)得到了極大的發(fā)展，飛行自組織網(wǎng)絡是移動??自組織網(wǎng)絡在無人機方面的應用，作為其中的一員，它有著移動自組織網(wǎng)絡的基??本特征，同時也有著自身的一些的特性。因此，對于ＦＡＮＥＴｓ中路由協(xié)議的改進??研究，不僅要依據(jù)ＦＡＮＥＴｓ自身獨特的特點，還要借鑒ＭＡＮＥＴｓ中相關(guān)路由協(xié)??議的己有的研究成果。本章主要是關(guān)于海洋ＦＡＮＥＴｓ相關(guān)的技術(shù)研究，主要從移??動自組織網(wǎng)絡、海面?zhèn)鞑ツＰ秃蜔o人機ＵＡＶ的特性等３方面介紹ＦＡＮＥＴｓ的特??點，然后概括總結(jié)了一些常見的自組織網(wǎng)絡的路由協(xié)議，并深入了解了?ＯＬＳＲ協(xié)??議，從而分析了選擇ＯＬＳＲ－ＥＴＸ協(xié)議的理由，對后面的研究工作提供一定的理??論基礎。??

字助手等等。它們可以充當運行各種用戶類應用程序并收發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)的主機的角??色；也可以充當通過運行相應的路由協(xié)議［１６］進行數(shù)據(jù)的分組轉(zhuǎn)發(fā)的路由器的角??色。一個簡單的ＭＡＮＥＴｓ的模型圖如圖２－２所示。??ｍｍｍｍ??＾?Ｐ〇Ａ?□??ＣｅＵ?Ｐｈｏｎｅ?參??圖２－２簡單的ＭＡＮＥＴｓ模型圖??因此，概括說來，ＭＡＮＥＴｓ主要包括以下特點：??１．自組織無中心。它沒有類似基站或衛(wèi)星控制站等控制中心，節(jié)點可以自發(fā)??６??

采用相應的路由協(xié)議確定更優(yōu)的傳輸路徑，路徑選擇的好壞會對整個網(wǎng)絡通信的??效率產(chǎn)生一定的影響。就目前而言，無線路由協(xié)議［２３］根據(jù)不同的分類原則數(shù)量眾??多，并且還有新的路由協(xié)議在不斷的被研究。如圖２－４所示，無線移動自組織網(wǎng)??絡的路由協(xié)議主要分為以下三類［２４］：??Ａｄ?Ｈｏｃ路由協(xié)議???；；???｜???基于地理位置路由?基于廣播路由?基于拓撲路由???ｆ??????ｙ?ｆ??ＧＰＳＲ、ＧＳＲ、ＧＰＣＲ、Ａ－ＳＴＡＲ?ＣＡＩＤ、ＭＨＶＢ、ＲＥＡＰ?先應式?混合式?反應式??—?——?ＩＩＩ??ＯＬＳＲ、ＤＳＤＶ?ＺＲＰ、ＣＢＲＰ?ＡＯＤＶ、ＤＳＲ??圖２－４無線自組織網(wǎng)絡路由協(xié)議分類??１．基于地理位置的路由協(xié)議。在這類路由協(xié)議中節(jié)點是通過定位系統(tǒng)如全??球定位系統(tǒng)來知曉地理位置信息從而確定下一跳節(jié)點以此進行通信。這種方式使??得每個節(jié)點不用去專門的存儲路由表，也不用進行路由維護來實現(xiàn)路由信息的更??新。一般條件下，節(jié)點要么通過節(jié)點自身將位置信息向全網(wǎng)范圍內(nèi)廣播的方式，??要么通過向位置服務器查詢存儲的位置信息的方式，以此來獲得其他節(jié)點地理位??置。它主要適合在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化的不穩(wěn)定的場景下，但同時由于定位系統(tǒng)可??能會存在一定的時延，會有定位信息不夠及時精確的問題存在。它主要包括??ＧＰＳ
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本文編號：2889169