【摘 要】
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无人机集群网络(Unmanned Aerial Vehicle Cluster Network,UACNET)是由多个协作的无人机组成的信息感知、传输、处理与分发的网络,被广泛应用于野外搜救、应急通信、军事战争等领域。然而随着UACNET中的无人机数量和移动速度的不断增加,UACNET在高动态时变网络拓扑下的可扩展性组网面临链路不稳定、时延较大和资源利用率低等问题。经典的拓扑驱动路由协议因时延较高
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无人机集群网络(Unmanned Aerial Vehicle Cluster Network,UACNET)是由多个协作的无人机组成的信息感知、传输、处理与分发的网络,被广泛应用于野外搜救、应急通信、军事战争等领域。然而随着UACNET中的无人机数量和移动速度的不断增加,UACNET在高动态时变网络拓扑下的可扩展性组网面临链路不稳定、时延较大和资源利用率低等问题。经典的拓扑驱动路由协议因时延较高或开销过大等原因难以满足UACNET的性能要求。随着卫星定位技术(如北斗、GPS)的发展,无人机可通过互相分享位置信息来增强网络局部感知能力,进而提高网络性能;进一步引入链路稳定性评价指标——链路持续时间,以可预知的链路通断时间来适应高动态时变网络拓扑。本文在贪婪周边无状态路由(Greedy Perimeter Stateless Routing,GPSR)协议的基础上提出了基于链路持续时间的自适应地理位置路由(Link Duration Adapted Geographic Routing,LDAGR)协议。LDAGR协议主要有以下创新之处:(1)提出了一种位置信息失效时的链路持续时间计算方式,用于保障极端环境下的网络节点对链路持续时间指标的使用需求。设计并实现了基于链路度量的贪婪转发算法,从链路持续时间、相对距离和节点度三个维度对节点进行度量来贪婪选择当前最优节点。(2)提出了用于解决路由空洞的区域预测转发算法,当节点遇到路由空洞时,根据当前节点空洞区域所处的位置来预测其他邻居节点发生路由空洞的概率,选择发生路由空洞概率最低的节点作为下一跳来绕过路由空洞。(3)提出了自适应路由更新机制,包括自适应HELLO更新机制和目的节点位置预测更新。自适应HELLO更新机制将将节点邻居区域划分为几个分区,通过不同分区内的最大链路持续时间来动态调整HELLO包发送间隔;目的节点预测更新是根据目的节点所处位置与其运动轨迹来预测目的节点的实时位置。仿真结果表明,LDAGR协议在链路稳定性、时效性和资源利用率方面均表现良好,相较于GPSR协议,LDAGR协议的包投递率增高了13.7%,平均端到端时延降低了21.3%,有效传输速率提高了8.8%;与GPSR协议和LDAGR without Adaptive(LDGR)协议相比,LDAGR协议的路由开销分别降低了15.1%和10.1%。以上数据表明LDAGR协议能够更好的适用高动态时变网络拓扑下的UACNET。
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