[发明专利]一种基于网格的无人机自组网虚拟路由方法

说明书

本发明设计了一种基于网格的无人机自组网虚拟路由方法。该路由针对无人机自组网路由的不稳定问题，设计了利用逻辑网格距离代替无人机之间地理距离的路由方式。由于无人机群高速移动的不确定性，从而导致无人机群链路质量和拓扑环境的不稳定性问题，促使人们必须设计出专门用于无人机自组网的路由。所提路由通过网格有效面积和网络心跳时间计算出网格的大小，然后利用网格位置代替无人机节点位置，利用虚拟贪婪地理路由的方法进行信息传递。本发明适用于无人机自组网环境，可以提高无人机群通信路由的稳定性，并可以降低路由开销。

技术领域

本发明涉及无人机自组网路由技术，特别是涉及了一种针对无人机高速移动不确定性特点的路由技术，本发明对无人机自组网的路由稳定有很好的提升，可以用于各种环境中的无人机自组网通信。

背景技术

由于无人机的成本较低，以及其可以快速适应复杂环境下的各种军用、民用任务，导致无人机在日常生活中的应用越来越广泛。而现在越来越多的任务需要大量无人机通过中继组成无人机网络，来满足正常的任务需求。无人机自组织网络应用于不同的场景之中，如传输数据时要求的高可靠性，传输图片和视频时的低时延性，而且对于数据文本、图片、视频所要求的带宽也各有不同，所以它比传统无线自组织网络的设计更加复杂，更有挑战性。现有的无人机自组网路由协议主要是从传统移动自组网络和车辆自组网络的成熟协议中改造而来。

但是在实际场景中，由于无人机群的高速移动的不确定性，移动自组网和车辆自组网的路由算法直接应用于无人机自组网的性能并不理想，不能很好地扩展到复杂多变的无人机场景。由于网络的频繁断开与重连，以及节点的离开与加入，整个网络变得很不稳定，对于时延以及传输成功率都有较大的影响。

所以提出了一些专门针对无人机系统的路由体系，来实现无人机自组网的高效协同，保证无人机自组网可靠、持续的通信连接。但是由于高速移动的不确定性，性能提升在使用中并不是很明显。

发明内容

本发明目的在于克服无人机高速移动的不确定性，从而导致无人机群的链路质量和拓扑环境的不稳定问题，提出了一种基于网格的无人机自组网虚拟路由方法，利用网格逻辑距离代替无人机之间的实际距离，降低无人机高速移动的影响，提升路由性能，适用于各种无人机自组网的通信场景。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：在所提的路由算法中，主要包括以下几个步骤：拓扑发现，路由算法，节点移动过程，拓扑重构，路由路径的动态更新等。对于单节点，首先实现其拓扑结构的初始化，以获取每个节点的邻居表。当节点快速移动时，对于每个时间间隔，它都会从机载GPS设备接收位置信息并计算网格位置。然后，它从其他节点接收更新信息并动态更新其邻居表。最后，读取并更新其路由路径表中的每个路由路径。如果需要创建新的通信连接，将获得新的路由路径。

对于初始化拓扑结构，选择固定的网格大小，并将区域划分为矩形任务空间。显然，网格宽度的选择对路由算法的有效性有实质影响，将在随后的部分中进行讨论。无人机自组网中的每个节点都可以从其机载GPS设备获取位置信息。然后，将此位置信息投影到逻辑网格空间中，从而获得每个节点的原始网格位置。同时，计算每个节点的网格通信范围和距离矩阵。最后，使用泛洪方式生成每个节点的初始邻居表，并初始化邻接矩阵。开始时，每个节点的邻居表将被设置为空，并且其长度为零。每个节点将发送一个广播信息，包括其节点ID，逻辑网格位置等。每个节点将连续监视和接收其他节点的广播信息。对于每个接收到的广播信息，将提取节点ID和网格位置，然后获得它们的网格距离。如果网格距离不大于通信半径，则会将节点添加到其邻居表中，并将列表的长度增加1，然后继续监视。处理完所有信息后，将获得所有节点的邻居表，并可以生成此自组网的邻接矩阵。