[发明专利]一种基于节点负载状态受限路由方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种基于节点负载状态受限路由方法，所述方法包括：源节点和/或中间节点根据负载状态和剩余能量选择下一跳的备选中间节点，下一跳的备选中间节点接收路径请求包；基于中间节点与目的节点之间的距离关系，从下一跳的备选中间节点中选择下一跳的中间节点，下一跳的中间节点广播路径请求包，直到路径请求包抵达目的节点；其中，所述源节点和各中间节点均掌握目的节点的地理位置信息。本发明通过设计节点负载状态的判断方法，使网络尽可能达到负载均衡，降低网络开销和平均端到端时延；本发明提供地理位置信息的辅助能够减小分组转发的地理范围，提升分组投递率；本发明考虑节点剩余能量，能够提高网络链路稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于节点负载状态受限路由方法、装置及系统，属于无人机网络路由技术领域。

背景技术

随着电子技术、传感器技术和通信技术的发展，无人机在很多领域发挥着更大的作用。通过建立无人机集群，可实现大量单无人机系统无法高效完成的任务。而无人机集群高效运转的基础是建立稳定可靠的通信网络，保证无人机节点间的高效通信。移动自组织网络具有无中心、组网高度灵活、拓扑动态可变、抗毁性强等特点，可有效满足无人机集群组网通信的需求。无人机集群采用移动自组网的通信架构，形成了无人机自组网。

无人机自组网是由无人机担当网络节点组成的具有任意性、临时性和自治性网络拓扑的动态自组织网络系统。作为网络节点，每架无人机都配备移动自组网络通信模块，既具有路由功能，又具有报文转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。每架无人机在该网络中兼具任务节点和中继节点两种功能：作为任务节点，可在地面控制站或其他无人机的指令控制下执行任务意图；作为中继节点，可根据网络的路由策略和路由表参与路由维护和分组转发工作。

目前，对于无人机自组网路由协议的研究主要在于：结合FANETs网络的特性对传统自组网路由协议进行优化改进。考虑到无人机集群无约束移动的特点，Al-Emadi S A等人提出反应-贪婪-反应(reactive-greedy-reactive，RGR)路由协议，不需要专门的位置服务机制提供目的节点的位置信息，而用被动路由机制替代；相对纯粹的被动路由协议，RGR协议不需要专门的路由修复过程进行路径修复而可用贪婪转发机制替代。在路由发现阶段，RGR协议沿用AODV盲目洪泛RREQ消息的方式，使网络开销大，甚至导致节点缓存溢出和网络拥塞的问题，LI Y等人使用了受限洪泛和移动预测机制，一定程度上增加了数据包发送的成功率、降低了端到端时延，但控制开销的降幅则不理想。Kunz T等人提出了新路由延迟建立机制，一定程度上降低了控制开销，但数据包发送的成功率和端到端时延这两个指标则不尽如人意。本发明提出了基于节点负载状态并由地理位置信息辅助的受限洪泛机制，能够有效降低网络开销，同时提升了分组投递率、降低平均端到端时延。

同时，包括RGR协议在内的绝大多数无人机自组网协议都没有考虑到无人机能量有限的因素，单个无人机节点掉线很容易造成链路断开和设备损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于节点负载状态受限路由方法、装置及系统，能够使网络尽可能达到负载均衡，降低网络开销和平均端到端时延，提升分组投递率，提高网络链路稳定性。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种基于节点负载状态受限路由方法，包括：

源节点和/或中间节点根据负载状态和剩余能量选择下一跳的备选中间节点，下一跳的备选中间节点接收路径请求包；

基于中间节点与目的节点之间的距离关系，从下一跳的备选中间节点中选择下一跳的中间节点，下一跳的中间节点广播路径请求包，直到路径请求包抵达目的节点；其中，所述源节点和各中间节点均掌握目的节点的地理位置信息。

结合第一方面，进一步地，所述选择下一跳的备选中间节点，包括：