【摘要】：在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中,無人機(jī)已成為重要的信息傳遞節(jié)點(diǎn)和作戰(zhàn)單元。無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)是無線自組網(wǎng)技術(shù)在無人機(jī)編隊(duì)組網(wǎng)中應(yīng)用的產(chǎn)物。無人機(jī)編隊(duì)通過構(gòu)建靈活、高效、抗毀性強(qiáng)的無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò),不僅能夠保證無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同完成作戰(zhàn)任務(wù),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(shí)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(jī)編隊(duì)飛行和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的特點(diǎn),深入分析了網(wǎng)絡(luò)分簇及簇間機(jī)會(huì)路由在無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì),探索了基于無人機(jī)路徑規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)分簇算法和基于鏈路可用帶寬預(yù)測(cè)的簇間機(jī)會(huì)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)方法,研究成果為無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)研制提供技術(shù)支持和儲(chǔ)備。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作包括:(1)設(shè)計(jì)了基于路徑規(guī)劃的無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)加權(quán)高效分簇算法。在實(shí)戰(zhàn)中,無人機(jī)地面控制站采用路徑規(guī)劃算法預(yù)設(shè)無人機(jī)編隊(duì)的飛行軌跡,從而針對(duì)存在威脅障礙的作戰(zhàn)區(qū)域,計(jì)算出從初始位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)路徑。針對(duì)這一特點(diǎn),本文首先采用粒子群算法實(shí)現(xiàn)了多障礙物環(huán)境下的無人機(jī)路徑規(guī)劃,然后在此基礎(chǔ)上,提出了兩種適用于無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)分布狀況、節(jié)點(diǎn)剩余能量為分簇加權(quán)代價(jià)因子,分別以簇首節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定和簇成員節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定為優(yōu)化目標(biāo)。仿真結(jié)果證明,本文設(shè)計(jì)的算法充分考慮了無人機(jī)編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)分簇性能的影響,與傳統(tǒng)的最小ID號(hào)算法和WCA算法相比,分簇維護(hù)開銷小,分簇穩(wěn)定度高,且能獲得更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間性能。(2)設(shè)計(jì)了基于鏈路可用帶寬預(yù)測(cè)的無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)簇間機(jī)會(huì)路由協(xié)議。簇間路由協(xié)議是保證分簇?zé)o人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。如果采用傳統(tǒng)的路由協(xié)議,在無人機(jī)編隊(duì)飛行過程中,簇首的重新選舉、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化、遠(yuǎn)距離無線鏈路的斷裂均會(huì)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(jī)會(huì)路由協(xié)議無需節(jié)點(diǎn)維護(hù)路由表,采用中繼節(jié)點(diǎn)間競(jìng)爭(zhēng)的方法確定下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn),直至數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。本文假定無人機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路層采用載波檢測(cè)/沖突避免(CSMA/CA)的信道接入方式,首先針對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無人機(jī)節(jié)點(diǎn)鏈路可用帶寬預(yù)測(cè)方法展開研究,然后提出了一種基于鏈路可用帶寬預(yù)測(cè)的簇間機(jī)會(huì)路由協(xié)議。該協(xié)議以節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的鏈路可用帶寬和前進(jìn)距離為依據(jù),計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)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(luò)概述網(wǎng)絡(luò)不依賴任何固定的基礎(chǔ)設(shè)施,由具有無線收發(fā)功機(jī)節(jié)點(diǎn)地位平等，既可以擔(dān)任主機(jī)節(jié)點(diǎn)又可以充當(dāng)中繼節(jié)迅速、自治性高、抗毀性強(qiáng)和可靠性高等特點(diǎn)，因此在應(yīng)用[3]。anned Aerial Vehicle，，UAV）[4]具有價(jià)格低廉、用途多樣風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)動(dòng)性能好等優(yōu)勢(shì)，在民用和軍事領(lǐng)域得到了廣方面，可用于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)偵察、目標(biāo)定位校射、電子戰(zhàn)、估等各類危險(xiǎn)任務(wù)[5, 6]，避免了單兵執(zhí)行這些任務(wù)造成的領(lǐng)域方面，可用于地質(zhì)勘測(cè)、地圖測(cè)繪、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、通力成本高，復(fù)雜地形下難以實(shí)現(xiàn)等問題，大大提高了經(jīng)大學(xué)洛杉磯分校受到美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的資助中繼網(wǎng)絡(luò)展開初步研究。21 世紀(jì)初，美軍在最新發(fā)布的未來全球信息柵格的重要節(jié)點(diǎn)，并且強(qiáng)調(diào)無人機(jī)自組織 12]。

圖 1.2 無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)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(jī)的發(fā)展和應(yīng)用成為全球熱點(diǎn)，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、政府部門對(duì)無人機(jī)了白熱化的階段，取得了令人矚目的成績(jī)。無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)是無線自組能夠應(yīng)用于多架無人機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)群協(xié)同控制與決策，從而大大地功率。因此無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)受到了學(xué)術(shù)界的格外關(guān)注，也取得了一些重對(duì)無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究涉及范圍廣，但主要集中在拓?fù)淇刂�、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全等方面。下面列舉了無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)研究方向。）拓?fù)淇刂扑惴ǹ刂茖?duì)無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)的性能影響很大，密集的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)絡(luò)吞吐量下降，能量消耗嚴(yán)重；稀疏的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)導(dǎo)致無人機(jī)節(jié)點(diǎn)之間鏈路的割裂，通信性能大幅下降。的拓?fù)淇刂扑惴ò凑展芾矸绞娇梢苑譃楣?jié)點(diǎn)功率退避算法和層次型拓?fù)淇刂扑惴ǎ环矫嬉苊怆[藏終端和暴露終端，另一方面通過動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2642339