[发明专利]一种多节点协作无人机自组网分簇拓扑重构方法

说明书

本发明公开了一种多节点协作无人机自组网分簇拓扑重构方法。该方法首先采用最小ID号分簇方法进行快速分簇，并根据运动的无人机自组网中节点的速度相似度、节点间平均距离、平均链路维持时间、无人机节点剩余能量计算每个无人机节点的权值，进行簇的维护。然后在此基础上采用基于邻域内邻接矩阵的网络中关键节点判断方法，分布式地判断网络中是否有关键节点失效。最后在该分簇方法与关键节点判断方法的基础上，针对网络遭受敌方攻击而出现拓扑损坏的问题，采用两阶段拓扑修复方法进行拓扑修复。无线网络仿真环境EXata中的仿真结果表明，与传统分簇方法相比，该方法可以快速、有效地修复损坏的网络拓扑，提升网络的吞吐量。

技术领域

本发明属于无线网络领域，特别涉及多节点协作无人机自组网分簇拓扑重构方法。

背景技术

无人机自组织网络具有分布式、自组织、多业务和远距离等优势，被广泛应用于军事和民用领域。在实际应用过程中，拓扑高动态变化、战场环境复杂恶劣的特点对无人机自组网的通信质量造成了严重威胁。利用网络中空闲或冗余节点进行协作传输的方法可以有效提升网络的通信性能，这种方法被称为节点协作策略。传统的分簇方法在一定程度上解决了无人机自组网的规模扩展性问题，然而在实际战场环境中，无人机自组织网络具有节点高速移动、拓扑动态变化的特点，同时也极易遭受敌方的火力攻击，这些都对分簇网络的拓扑重构问题提出了新的挑战。

随着无人机自组织网络技术的不断发展，人们对于网络拓扑连通性的需求越来越高，如何设计适合无人机自组织网络的拓扑重构策略具有重要意义。为了在通信距离远、节点高速移动、拓扑动态变化的无人机自组织网络中维持拓扑的连通性，本发明提出了一种多节点协作无人机自组网分簇拓扑重构方法。

发明内容

本发明的目的是针对无人机自组织网络环境，提出一种多节点协作无人机自组网分簇拓扑重构方法。为了实现该目的，本发明所采用的步骤是：

步骤1：采用最小ID号分簇方法进行快速分簇，分簇完成后簇首增大发射功率与邻居簇首进行通信，交换信息。

步骤2：根据运动的无人机自组网中节点的速度相似度、节点间平均距离、平均链路维持时间、无人机节点剩余能量计算每个无人机节点的权值，进行簇的维护。

步骤3：采用基于邻域内邻接矩阵的网络中关键节点判断方法，分布式地判断网络中是否有关键节点失效。

步骤4：在分簇方法与关键节点判断方法的基础上，针对网络遭受敌方攻击而出现拓扑损坏的问题，采用两阶段拓扑修复策略进行拓扑修复。

本发明提出的多节点协作无人机自组网分簇拓扑重构方法已在EXata网络仿真环境下得到了验证。仿真场景为边长为20000m的正方形区域，其中初始位置分布有36个节点，朝着目标位置飞行。仿真时长为80秒。数据包长度固定为2000字节，信道传输速率为20Mbps，传输层采用UDP协议。

附图说明

图1是本发明采用的最小ID号分簇方法初始化流程图；

图2是分簇完成后的网络拓扑示意图；

图3是有向图示例图与邻域内邻接矩阵示例图；

图4是二次竞选簇首阶段流程图；

图5是两阶段簇首修复流程关系图；

图6是簇间移动控制拓扑修复方案流程图；

图7是两种节点失效情况下吞吐量随发包速率变化图；

图8是两种节点失效情况下路由协议开销随发包速率变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细描述。