[发明专利]一种基于链路可用带宽预测和前进距离的无人机自组网机会路由算法

说明书

本发明公开了一种基于链路可用带宽预测和前进距离的无人机自组网机会路由算法。该算法无需节点维护路由表，当节点有数据需要发送时，通过广播RTS帧发起路由请求。节点接收到RTS帧后，采用基于感知的测量方法，预测链路剩余可用带宽，并根据地理位置信息计算前进距离；然后根据可用带宽和前进距离计算转发优先级，并依据转发优先级竞争发送CTS帧完成路由应答，成为下一跳转发节点。发送节点接收到CTS帧后，将数据包发送给转发节点，由转发节点继续发起路由请求，转发接收到的数据包，直至数据包到达目的节点。仿真结果证明了路由算法的有效性。

技术领域

本发明属于无线网络领域，特别涉及基于链路可用带宽预测和前进距离的无人机自组网机会路由算法。

背景技术

在现代信息化战争中，无人机已成为重要的信息传递节点和作战单元。无人机自组织网络是无线自组网技术在无人机编队组网中应用的产物。无人机编队通过构建灵活、高效、抗毁性强的无人机自组织网络，不仅能够保证无人机编队协同完成作战任务，而且可以空中无线“热区”的方式覆盖作战区域，实现作战单元之间信息、战术和火力的高效协同。无人机自组织网络中，节点快速移动导致网络拓扑动态变化，节点间链路频繁断裂，因而路由协议的设计成为影响无人机自组织网络性能的关键。

现有的路由协议主要包括表驱动和按需驱动两类。表驱动路由协议通过对路由表的更新和维护与网络中每个节点定期地交换路由信息，如DSDV(Destination SequencedDistance Vector)，HSR(Hierarchical State Routing)，GSR(Global State Routing)等。路由发现和路由维护是源驱动按需路由协议的两个阶段，只有需要向目的节点发送报文，且节点路由表中不包含通向目的节点路由时，才按需进行路由发现，典型的有AODV(Ad hocOn-demand Distance Vector Routing)和DSR(Dynamic Source Routing)。传统路由协议采用确定性路由方式，在链路质量和稳定性较差的环境下，频繁的链路层数据重传将消耗大量的带宽资源，影响无线多跳网络的吞吐量和提供服务质量的能力。

针对无线信道的广播特性、时变特性和干扰不规则性，麻省理工学院的Biswas等人于2004年率先提出了机会路由的概念。机会路由通过多个潜在中继节点竞争、自主智能进行下一跳节点选择，充分利用信道广播特性，提高吞吐量和传输可靠性。机会路由基于网络层和MAC(Medium Access Control)层联合设计，传输成功率高，适用于节点处于高速移动的无人机自组网，已成为当前移动自组织网络路由协议研究的一个重要方向。已有的机会路由策略有：基于端到端最短路径策略，如ExoR(Extremely Opportunistic Routing)和ROMER(Resilient Opportunistic Mesh Routing)；基于端到端迭代策略，如OAPF(Opportunistic Any-path Forwarding)；基于地理位置策略，如GeRaF(GeographicRandom Forwarding)和MGOR(Multi-rate Geographic Opportunistic Routing)；基于网络编码策略，如CORE(Coding-aware Opportunistic Routing Mechanism)。

链路可用带宽是指在不影响网络现有业务QoS(Quality of Service)水平的前提下，链路收/发节点所能获得的最大数据传输带宽。可用带宽(Available Bandwidth，AB)信息对于路由选择，接入控制，冲突避免和保障业务QoS需求具有重要的作用。现有的链路可用带宽预测方法中，基于探测的预测方法要求节点通过向网络中注入端到端的探测包来预测信道上的可用带宽；基于感知的预测方法通常仅利用本地获得的带宽利用信息来预测链路的可用带宽，该类方法无需发送探测包，不占用网络可用带宽，不会对网络中的已有业务产生影响，能够获得更加准确的链路可用带宽预测结果。