【摘要】：在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中,無人機已成為重要的信息傳遞節(jié)點和作戰(zhàn)單元。無人機自組織網(wǎng)絡是無線自組網(wǎng)技術(shù)在無人機編隊組網(wǎng)中應用的產(chǎn)物。無人機編隊通過構(gòu)建靈活、高效、抗毀性強的無人機自組織網(wǎng)絡,不僅能夠保證無人機編隊協(xié)同完成作戰(zhàn)任務,而且可以通過空中無線“熱區(qū)”的方式覆蓋作戰(zhàn)區(qū)域,實現(xiàn)作戰(zhàn)單元之間信息、戰(zhàn)術(shù)和火力的高效協(xié)同。本文緊密結(jié)合無人機編隊飛行和網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化的特點,深入分析了網(wǎng)絡分簇及簇間機會路由在無人機自組織網(wǎng)絡中應用的優(yōu)勢,探索了基于無人機路徑規(guī)劃的網(wǎng)絡分簇算法和基于鏈路可用帶寬預測的簇間機會路由協(xié)議的設計方法,研究成果為無人機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)研制提供技術(shù)支持和儲備。本文的主要創(chuàng)新性工作包括:(1)設計了基于路徑規(guī)劃的無人機自組織網(wǎng)絡加權(quán)高效分簇算法。在實戰(zhàn)中,無人機地面控制站采用路徑規(guī)劃算法預設無人機編隊的飛行軌跡,從而針對存在威脅障礙的作戰(zhàn)區(qū)域,計算出從初始位置到目標位置的最優(yōu)路徑。針對這一特點,本文首先采用粒子群算法實現(xiàn)了多障礙物環(huán)境下的無人機路徑規(guī)劃,然后在此基礎(chǔ)上,提出了兩種適用于無人機自組織網(wǎng)絡的加權(quán)高效分簇算法(WHEA-P,WCAA-P)。兩種算法均以面向路徑規(guī)劃的分簇穩(wěn)定度、節(jié)點分布狀況、節(jié)點剩余能量為分簇加權(quán)代價因子,分別以簇首節(jié)點穩(wěn)定和簇成員節(jié)點穩(wěn)定為優(yōu)化目標。仿真結(jié)果證明,本文設計的算法充分考慮了無人機編隊網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)對分簇性能的影響,與傳統(tǒng)的最小ID號算法和WCA算法相比,分簇維護開銷小,分簇穩(wěn)定度高,且能獲得更優(yōu)的網(wǎng)絡生存時間性能。(2)設計了基于鏈路可用帶寬預測的無人機自組織網(wǎng)絡簇間機會路由協(xié)議。簇間路由協(xié)議是保證分簇無人機自組織網(wǎng)絡性能的關(guān)鍵。如果采用傳統(tǒng)的路由協(xié)議,在無人機編隊飛行過程中,簇首的重新選舉、網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化、遠距離無線鏈路的斷裂均會引發(fā)新的路由發(fā)現(xiàn)過程,消耗寶貴的無線鏈路傳輸資源。相比之下,機會路由協(xié)議無需節(jié)點維護路由表,采用中繼節(jié)點間競爭的方法確定下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點,直至數(shù)據(jù)包到達目的節(jié)點。本文假定無人機節(jié)點數(shù)據(jù)鏈路層采用載波檢測/沖突避免(CSMA/CA)的信道接入方式,首先針對高動態(tài)環(huán)境下的無人機節(jié)點鏈路可用帶寬預測方法展開研究,然后提出了一種基于鏈路可用帶寬預測的簇間機會路由協(xié)議。該協(xié)議以節(jié)點當前的鏈路可用帶寬和前進距離為依據(jù),計算中繼節(jié)點的優(yōu)先級排序,確定下一跳路由。仿真結(jié)果證明了協(xié)議的優(yōu)越性。
【圖文】：

織網(wǎng)絡概述網(wǎng)絡不依賴任何固定的基礎(chǔ)設施,由具有無線收發(fā)功機節(jié)點地位平等，既可以擔任主機節(jié)點又可以充當中繼節(jié)迅速、自治性高、抗毀性強和可靠性高等特點，因此在應用[3]。anned Aerial Vehicle，，UAV）[4]具有價格低廉、用途多樣風險、機動性能好等優(yōu)勢，在民用和軍事領(lǐng)域得到了廣方面，可用于實現(xiàn)戰(zhàn)場偵察、目標定位校射、電子戰(zhàn)、估等各類危險任務[5, 6]，避免了單兵執(zhí)行這些任務造成的領(lǐng)域方面，可用于地質(zhì)勘測、地圖測繪、災害監(jiān)測、通力成本高，復雜地形下難以實現(xiàn)等問題，大大提高了經(jīng)大學洛杉磯分校受到美國國防部高級研究計劃局的資助中繼網(wǎng)絡展開初步研究。21 世紀初，美軍在最新發(fā)布的未來全球信息柵格的重要節(jié)點，并且強調(diào)無人機自組織 12]。

圖 1.2 無人機自組織網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)（a）平面結(jié)構(gòu)（b）分簇結(jié)構(gòu)內(nèi)外研究概況無人機的發(fā)展和應用成為全球熱點，學術(shù)界、工業(yè)界、政府部門對無人機了白熱化的階段，取得了令人矚目的成績。無人機自組織網(wǎng)絡是無線自組能夠應用于多架無人機系統(tǒng)，實現(xiàn)無人機群協(xié)同控制與決策，從而大大地功率。因此無人機自組織網(wǎng)絡受到了學術(shù)界的格外關(guān)注，也取得了一些重對無人機自組織網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)的研究涉及范圍廣，但主要集中在拓撲控制、協(xié)議、網(wǎng)絡安全等方面。下面列舉了無人機自組織網(wǎng)絡重點研究方向。）拓撲控制算法控制對無人機自組織網(wǎng)絡的性能影響很大，密集的網(wǎng)絡拓撲會導致網(wǎng)絡內(nèi)絡吞吐量下降，能量消耗嚴重；稀疏的網(wǎng)絡拓撲會導致無人機節(jié)點之間鏈路的割裂，通信性能大幅下降。的拓撲控制算法按照管理方式可以分為節(jié)點功率退避算法和層次型拓撲控制算法，一方面要避免隱藏終端和暴露終端，另一方面通過動態(tài)調(diào)整節(jié)點的
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279

【參考文獻】

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2 聶志;移動Adhoc網(wǎng)絡中的機會路由研究[D];上海交通大學;2010年

本文編號：2642339