[发明专利]一种面向能量均衡高可靠传输的无人机自组织网络路由方法

说明书

一种面向能量均衡高可靠传输的无人机自组织网络路由方法，1)将无人机节点的信道划分为控制信道与数据业务信道，并设计相应的控制信令帧和数据帧；2)每一个无人机节点通过控制信道周期性发送Hello控制信令帧与覆盖范围内的无人机节点通信，建立覆盖范围内的邻居节点信息表，以及最短跳数表包括邻居节点信息表中的邻居节点最短跳数表；3)源节点即无人机发送节点发送路由请求帧RREQ，源节点通过邻接路由选择算法查找最优转发节点，通过不断转发将控制信令帧发送到目标无人机节点；4)无人机目标节点收到路由请求帧RREQ后生成路由响应帧RREP，建立从无人机源节点到无人机目标节点的路由。

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的方法，具体是一种面向能量均衡高可靠 传输的无人机自组织网络路由方法。

背景技术

由小型无人机(UAV)组成的飞行自组织网络(FANET)灵活，便宜且部署快 速。这使它们成为许多民用和军用应用的非常有吸引力的技术。由于节点的高移 动性，维持无人机之间的通信链路是一项具有挑战性的任务。这些网络的拓扑结 构比典型的移动自组织网络(MANET)和典型的车辆自组织网络更具动态性。因 此，为MANET设计的现有路由协议难以满足无人机组网的动态拓扑变换的要求。 现有的路由方法都是先寻找路由，然后发送数据。但由于无人机组网的高动态性 特点，在传输数据时可能已经发生链路断开的情况，无法将数据包传输到目的节 点。并且为了获得实时性的路由信息，节点在维护路由表时需要付出大量的计算 资源等开销，但无人机节点的电源使用时间等都具有局限性。其次，无人机节点 使用泛洪策略广播可能会引起广播风暴。所以现有的Ad-hoc网络中的路由方法 已经不再适用。

在现有技术按需路由AODV中，仅考虑最短路径的方法，由于无人机电池资 源有限，在链路建立后会出现由于无人机电量不足退出集群导致链路断裂的问题。

经过对现有文献的检索发现，Arnau Rovira-Sugranes等人于2017年在《IEEEInternational Conference on Wireless for Space and Extreme Environments(WiSEE)》 上发表了题为“Predictive Routing for Dynamic UAV Networks(动态无人机网络 中预测路由方法)”的文章，通过预测中间节点的地理位置来加入到路径考量当 中。该技术针对无人机节点动态变化造成的网络拓扑变化问题，通过预测下一节 点位置来预测网络拓扑情况选取节点，但是对于无人机较低能量和链路稳定性差 的问题并没有解决。

对于数据帧的信道占用，如果采用传统的时分复用TDMA，因为无人机节点 的动态加入，节点数量会经常变化，如果有新节点加入会需要重新分配信道，浪 费计算资源。

综上所述，现存在的问题：(1)无人机节点位置变化引起网络拓扑变化快。 (2)无人机电池资源局限，链路上有效节点能量不足以支持数据传输完成。(3) 无人机节点之间链路不稳定。(4)节点数量变化浪费信道资源。节点建立邻居节 点信息表，在节点的能量与链路稳定以及路径较短的条件下，现提出一种面向能 量均衡高可靠传输的无人机自组织网络路由方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种能量高效链路稳定的无人机自 组织网络路由方法。

本发明是这样实现的，一种面向能量均衡高可靠传输的无人机自组织网络路 由方法，包括以下步骤：

步骤1：将无人机节点的信道划分为控制信道与数据业务信道，并设计相应 的控制信令帧和数据帧；

步骤2：每一个无人机节点通过控制信道周期性发送Hello控制信令帧与覆 盖范围内的无人机节点通信，以及最短跳数表建立覆盖范围内的邻居节点信息表， 以及最短跳数表包括邻居节点信息表中的邻居节点最短跳数表；

和邻居节点信息表中的邻居节点最短跳数表；