【摘要】：飛行自組網(wǎng)(Flying Ad Hoc Network,FANET)作為一種針對無人機集群自組織網(wǎng)絡(luò)的解決方案,受到無人機研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。由于無人機之間距離更長,網(wǎng)絡(luò)更稀疏,現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制技術(shù)應(yīng)用在FANET時有一定的局限性。網(wǎng)絡(luò)連通是無人機之間數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同交互的基礎(chǔ),當網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個無人機節(jié)點間都有k條頂點不相交的路徑時,稱為網(wǎng)絡(luò)拓撲k連通。當k(28)1時,網(wǎng)絡(luò)滿足單連通;當k?2時,網(wǎng)絡(luò)具備了容錯能力,因此拓撲二連通是實現(xiàn)FANET容錯網(wǎng)絡(luò)的基本目標。本文圍繞FANET網(wǎng)絡(luò)的容錯控制問題,研究基于三維空間的FANET拓撲控制方法,通過拓撲單連通和二連通控制,保證無人機之間持續(xù)的端到端可靠連通。主要研究內(nèi)容概括如下:(1)對FANET網(wǎng)絡(luò)拓撲建模,結(jié)合圖論的知識對其中節(jié)點和拓撲結(jié)構(gòu)進行了分析,并介紹了FANET中多跳信息的交換方式。基于平均路徑損耗模型建立了無線傳輸信道模型,分析了最大傳輸距離與發(fā)射功率的關(guān)系,指出了用距離的變化來代替描述功率的變化的可行性。最后介紹了網(wǎng)絡(luò)拓撲控制的相關(guān)理論,說明了通過無人機移動進行網(wǎng)絡(luò)拓撲控制來實現(xiàn)單連通網(wǎng)絡(luò)和二連通容錯網(wǎng)絡(luò)的可行性。(2)FANET網(wǎng)絡(luò)單連通拓撲控制。針對網(wǎng)絡(luò)分割影響無人機之間通信的問題,提出一種基于鄰居信息的集群網(wǎng)絡(luò)拓撲移動控制算法。將集群移動理論引入網(wǎng)絡(luò)拓撲控制,基于Boid、Vicsek,引入方向信息、前向視角信息和人工勢能場,調(diào)整移動速度,提高了算法的收斂速度,能夠使無人機集群網(wǎng)絡(luò)在移動過程中保持較高的連通率。并且所得網(wǎng)絡(luò)拓撲與初始網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點密度近似相等。解決了動態(tài)FANET網(wǎng)絡(luò)拓撲易分割的問題,維護了無人機集群的無線通信網(wǎng)絡(luò)連通性。仿真結(jié)果表明了所提方法的有效性。(3)FANET網(wǎng)絡(luò)二連通容錯拓撲控制。針對單連通FANET網(wǎng)絡(luò)易分割問題,提出基于k-跳局部拓撲節(jié)點移動自由度的拓撲控制算法以實現(xiàn)二連通容錯網(wǎng)絡(luò)。首先,基于三維FANET中無人機節(jié)點的k-跳局部拓撲,提出基于鄰居變化的割點檢測算法,分析該算法的計算量,并通過數(shù)值仿真研究了k-跳割點與全局割點的一致性。然后,建立了節(jié)點移動自由度模型,并根據(jù)割點的k-跳局部拓撲中割點的分布情況提出三種級聯(lián)移動策略,把構(gòu)建二連通容錯網(wǎng)絡(luò)的問題轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)中全局割點的消除問題,并通過數(shù)值仿真研究了三維FANET網(wǎng)絡(luò)中FTLMF算法的性能。仿真結(jié)果表明了所提兩個算法在割點檢測和容錯控制方面的優(yōu)越性。
【圖文】：

維空間的 FANET 網(wǎng)絡(luò)容錯控制問題對推動集群無人機系統(tǒng)的發(fā)外研究現(xiàn)狀線自組織網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀oc 網(wǎng)絡(luò)的提出最早可以追溯到二十世紀七十年代，稱為分組無線國國防部高級研究計劃局提出了可存活性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)），實現(xiàn)了]。1991 年，IEEE802.1 標準委員會將這種自組織、對等的、多跳d Hoc 網(wǎng)絡(luò)。1994 年，文獻[20]提出了快速組網(wǎng)的全球移動信息et 任務(wù)組提出了 MANET 用來特指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點具有移動性的 Ad MANET 在車輛自組網(wǎng)的應(yīng)用場景。2013 年，土耳其學(xué)者提出了AV 為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的自組織網(wǎng)絡(luò)[12]，作為一個新興的研究領(lǐng)域，織網(wǎng)絡(luò)具有某些共同的特點，同時也面臨著一些獨特、艱難的挑絡(luò)關(guān)系如圖 1.1 所示。

并建立 FANET 網(wǎng)絡(luò)模型。.1 FANET 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型UAV 集群在三維無障礙環(huán)境中飛行，假設(shè)每架 UAV 都是可控的。UAV 之間NET 網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)場景的情況，本文假設(shè)所有的 UAV 節(jié)點為同一型號，并且具有能，通過 GPS 可以得到 UAV 自身的位置信息 x , y ,z 。UAV 的性能可能會隨度的不同和環(huán)境的不同而產(chǎn)生一定程度的損耗，但是這種區(qū)別通過無線收發(fā)板償機制得到抑制，因此可以假設(shè)每個 UAV 節(jié)點的信號發(fā)射功率相同且不會發(fā)同樣的，所有 UAV 都裝配載波監(jiān)聽裝置，可以監(jiān)聽信道質(zhì)量。集群中所有 UA維護一個鄰接表，，并根據(jù)其鄰居的位置信息構(gòu)建局部網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。.2 FANET 網(wǎng)絡(luò)拓撲模型上一節(jié)描述了 FANET 中單個 UAV 的性能，本節(jié)將分析FANET網(wǎng)絡(luò)拓撲模型。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V243

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本文編號：2641042