检索结果-内蒙古大学图书馆

通信学报 2023年第8期44卷 195-214页

作者：刘亚群谢钧邢长友倪保安陆军工程大学指挥控制工程学院江苏南京210007 中国人民解放军92771部队山东青岛250100

飞行自组网(FANET)的拓扑结构蕴含着无人机之间以及无人机与基础设施之间通信的路径信息,是影响FANET性能的关键因素。对现有FANET拓扑控制研究进行综述,首先,介绍了FANET的网络架构以及FANET拓扑控制的研究框架和需求,并将FANET拓扑控... 详细信息

飞行自组网(FANET)的拓扑结构蕴含着无人机之间以及无人机与基础设施之间通信的路径信息,是影响FANET性能的关键因素。对现有FANET拓扑控制研究进行综述,首先,介绍了FANET的网络架构以及FANET拓扑控制的研究框架和需求,并将FANET拓扑控制算法具体分为4类。在此基础上,对每类FANET拓扑控制算法进行了全面梳理与详细分析,通过对比总结了不同算法的特点和优缺点。最后,探讨了FANET拓扑控制仍面临的挑战及未来的研究方向。

关键词：飞行自组网拓扑控制无人机连通支配集集群

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基于自适应蜂鸟算法的飞行自组网拓扑优化

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电子与信息学报 2023年第10期45卷 3685-3693页

作者：刘琰赵海涛张姣龚广伟潘筱茜陈海涛魏急波国防科技大学电子科学学院长沙410073 中国人民解放军31401部队哈尔滨150090

针对飞行自组网(FANET)中无人机(UAVs)快速移动造成的网络拓扑管理困难问题,考虑实际场景中无人机位置变化引起的可用信道差异,该文提出一种自适应蜂鸟算法对网络拓扑进行优化。首先,建立一个针对分簇结构的无人机拓扑模型,并且形成一... 详细信息

针对飞行自组网(FANET)中无人机(UAVs)快速移动造成的网络拓扑管理困难问题,考虑实际场景中无人机位置变化引起的可用信道差异,该文提出一种自适应蜂鸟算法对网络拓扑进行优化。首先,建立一个针对分簇结构的无人机拓扑模型,并且形成一个以最小化簇数量、负载偏差和簇移动度为目标的优化问题。其次,通过调节人工蜂鸟的觅食动作、加入扰动变异的方式,提出寻优能力更强的自适应蜂鸟算法(ADHA)。然后,设计合理的蜂鸟个体编码方式,将拓扑优化的决策过程转化为自适应蜂鸟算法的寻优过程。最后,通过仿真验证所提算法的收敛性,并与基于其他群智能优化算法的拓扑优化方法进行对比。实验结果表明,所提算法得到的拓扑优化策略不仅能够有效减少网络拓扑的簇数量,而且能够得到负载均衡、结构稳定的簇群。

关键词：飞行自组网拓扑优化蜂鸟算法信道差异

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基于DRL的飞行自组网自适应多模式路由算法

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计算机工程与应用 2023年第14期59卷 268-274页

作者：黄凯邱修林殷俊杨余旺南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094 南京邮电大学计算机科学与技术学院南京210003

针对传统飞行自组网协议自适应能力不强、大规模网络应用场景效果不佳的问题,提出了一种基于深度强化学习的多模式路由算法。该算法综合利用系统吞吐量、分组递交率和平均端到端时延等参数构建价值函数,通过智能体自动调节各个无人机的... 详细信息

针对传统飞行自组网协议自适应能力不强、大规模网络应用场景效果不佳的问题,提出了一种基于深度强化学习的多模式路由算法。该算法综合利用系统吞吐量、分组递交率和平均端到端时延等参数构建价值函数,通过智能体自动调节各个无人机的路由工作模式,将大型网络分解为主体网络和数个与之相连的小型异构网络,降低了系统复杂度,局部性能达到最优,提升了整个网络的性能。使用NS3仿真平台测试了算法和传统协议AODV、DSDV的性能指标。仿真结果表明,算法显著优于传统协议,且网络规模越大、负载越高则优势越明显,平均吞吐量提升了55.46%,分组递交率提升了39.85%,平均端到端时延降低了60.94%。

关键词：飞行自组网深度强化学习自适应路由算法混合路由

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飞行自组网中基于容错的拓扑控制算法研究

飞行自组网中基于容错的拓扑控制算法研究

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作者：闫吉辰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

飞行自组网(Flying Ad Hoc Network,FANET)作为一种针对无人机集群自组织网络的解决方案,受到无人机研究领域的广泛关注。由于无人机之间距离更长,网络更稀疏,现有的基于传统Ad Hoc网络的拓扑控制技术应用在FANET时有一定的局限性。网... 详细信息

飞行自组网(Flying Ad Hoc Network,FANET)作为一种针对无人机集群自组织网络的解决方案,受到无人机研究领域的广泛关注。由于无人机之间距离更长,网络更稀疏,现有的基于传统Ad Hoc网络的拓扑控制技术应用在FANET时有一定的局限性。网络连通是无人机之间数据传输和协同交互的基础,当网络中的任意两个无人机节点间都有k条顶点不相交的路径时,称为网络拓扑k连通。当k(28)1时,网络满足单连通;当k?2时,网络具备了容错能力,因此拓扑二连通是实现FANET容错网络的基本目标。本文围绕FANET网络的容错控制问题,研究基于三维空间的FANET拓扑控制方法,通过拓扑单连通和二连通控制,保证无人机之间持续的端到端可靠连通。主要研究内容概括如下:(1)对FANET网络拓扑建模,结合图论的知识对其中节点和拓扑结构进行了分析,并介绍了FANET中多跳信息的交换方式。基于平均路径损耗模型建立了无线传输信道模型,分析了最大传输距离与发射功率的关系,指出了用距离的变化来代替描述功率的变化的可行性。最后介绍了网络拓扑控制的相关理论,说明了通过无人机移动进行网络拓扑控制来实现单连通网络和二连通容错网络的可行性。(2)FANET网络单连通拓扑控制。针对网络分割影响无人机之间通信的问题,提出一种基于邻居信息的集群网络拓扑移动控制算法。将集群移动理论引入网络拓扑控制,基于Boid、Vicsek,引入方向信息、前向视角信息和人工势能场,调整移动速度,提高了算法的收敛速度,能够使无人机集群网络在移动过程中保持较高的连通率。并且所得网络拓扑与初始网络的节点密度近似相等。解决了动态FANET网络拓扑易分割的问题,维护了无人机集群的无线通信网络连通性。仿真结果表明了所提方法的有效性。(3)FANET网络二连通容错拓扑控制。针对单连通FANET网络易分割问题,提出基于k-跳局部拓扑节点移动自由度的拓扑控制算法以实现二连通容错网络。首先,基于三维FANET中无人机节点的k-跳局部拓扑,提出基于邻居变化的割点检测算法,分析该算法的计算量,并通过数值仿真研究了k-跳割点与全局割点的一致性。然后,建立了节点移动自由度模型,并根据割点的k-跳局部拓扑中割点的分布情况提出三种级联移动策略,把构建二连通容错网络的问题转化为网络中全局割点的消除问题,并通过数值仿真研究了三维FANET网络中FTLMF算法的性能。仿真结果表明了所提两个算法在割点检测和容错控制方面的优越性。

关键词：无人机飞行自组网拓扑控制容错网络移动自由度

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飞行自组网OLSR路由协议的优化研究

飞行自组网OLSR路由协议的优化研究

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作者：杨光哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着新技术发展,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)以越来越高的性价比走进人们的视线,在军事领域和民用领域都有很广泛的应用包括但不限于森林灾害预防、军事勘察、巡逻跟踪等场景。相较于单架无人机而言,由多架无人机组成的飞行自... 详细信息

随着新技术发展,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)以越来越高的性价比走进人们的视线,在军事领域和民用领域都有很广泛的应用包括但不限于森林灾害预防、军事勘察、巡逻跟踪等场景。相较于单架无人机而言,由多架无人机组成的飞行自组网(Flying Ad Hoc Network,FANET)不依赖于地面基站,灵活性更好、覆盖面积更广、信息搜集能力更强、执行任务的效率更高。无人机之间的通信以及数据的传输离不开路由协议的支持,需要设计适用于飞行自组网的路由协议,但由于飞行自组网中无人机节点的飞行速度较快,链路变化频繁,目前的传统移动自组网中的路由协议应用于其中会产生一些弊端。故本文根据飞行自组网的应用场景和特性,针对应用于飞行自组网可能出现弊端的优化链路状态路由(Optimized Link State Routing,OLSR)协议进行了相应改进,以提高网络的性能。本文取得如下创新性研究成果:(1)针对OLSR协议在飞行自组网中出现链路断裂而导致时延上升及丢包严重的问题,本文提出了一种基于链路感知和链路持久性的路由选择策略,应用该策略的改进协议被称为LK-OLSR(Link awareness and Keeping time based OLSR)协议。该协议对标准OLSR协议中的多点广播中继机制(Multi Point Relay,MPR)以及路由选择算法进行改进,对链路传输期望、链路保持时间及节点可达度进行加权处理,得到综合评判准则作为MPR节点的选择标准,并在依据跳数最少且链路生存时间最长的路由进行数据传输。仿真结果表明,LK-OLSR协议的分组投递率和平均端到端时延性能相较于标准OLSR协议有效提升。(2)针对OLSR协议固定的控制消息时间应用于飞行自组网中导致路由更新不及时和控制消息冗余,以及优化路由选择策略带来额外开销等问题,本文提出了一种基于拓扑变化的控制消息自适应算法,应用该算法以及路由选择策略的二次改进协议被称为TC-OLSR(Topology Changing Based OLSR)协议。该协议对HELLO分组的发送间隔依据OLSR协议中链路信息表中链路的变化情况自适应调整,对MPR Selector集中节点信息的变化情况进行监听以预测TC分组的发送时间间隔,根据TC分组的自适应发送间隔优化TTL值以达到对TC分组在时间和空间上的优化。仿真结果表明,TC-OLSR协议可以有效地降低飞行自组网中的路由控制开销,并且能提高吞吐量。

关键词：飞行自组网 OLSR MPR 路由选择策略控制消息优化

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基于链路生存时间预测的高动态飞行自组网组播路由协议

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计算机工程 2021年第11期47卷 198-206页

作者：王玉王文灿白丽范兼睿张莉涓雷磊南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106 中国人民解放军96091部队北京100089 北京航天自动控制研究所北京100854

针对飞行自组网(FANETs)中因节点高速移动导致链路频繁断开的问题,提出一种具备链路生存时间预测与路由自主修复能力的高动态FANETs组播路由协议。根据相邻节点间距离的变化情况预测邻居节点间剩余链路生存时间,同时基于预测结果并结合... 详细信息

针对飞行自组网(FANETs)中因节点高速移动导致链路频繁断开的问题,提出一种具备链路生存时间预测与路由自主修复能力的高动态FANETs组播路由协议。根据相邻节点间距离的变化情况预测邻居节点间剩余链路生存时间,同时基于预测结果并结合路由跳数、剩余能量等因素对链路质量作出综合评价,选出最佳中继节点以提高路由的可靠性。此外,通过局部路由修复与全局路由刷新相结合的策略对所建立路由进行动态维护,缓解节点高速移动引起的链路频繁断开问题,提高数据递交率。实验结果表明,在不同场景下,该协议在数据递交率、网络吞吐量、路由开销等方面均优于经典组播路由协议ODMRP。

关键词：飞行自组网组播路由协议链路生存时间预测路由评价路由维护

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适用于飞行自组网的闲置时隙预约TDMA协议

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计算机工程 2021年第3期47卷 202-208页

作者：陆毅符杰林仇洪冰林基明李燕龙桂林电子科技大学认知无线电与信息处理教育部重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学卫星导航与位置感知重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学电子电路国家级实验教学示范中心广西桂林541004

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入(TDMA)协议存在闲置时隙无法成功使用的问题。通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议。采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输... 详细信息

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入(TDMA)协议存在闲置时隙无法成功使用的问题。通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议。采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输需求,并利用闲置时隙预约机制允许节点使用闲置时隙传输感知业务,从而满足感知业务的高吞吐量传输性能要求。仿真结果表明,与CF-MAC和CTMAC协议相比,该协议能够在降低传输时延的同时,有效提高信道利用率和网络吞吐量。

关键词：无人飞行器集群飞行自组网固定时隙分配时分多址接入网络吞吐量闲置时隙

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面向大规模飞行自组网的NBATMAN-ADV路由协议

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应用科学学报 2024年第5期42卷 837-846页

作者：王聪赵几航吴霞马文峰田辉陆军工程大学野战工程学院江苏南京210001 陆军工程大学通信工程学院江苏南京210001

飞行自组网是当前研究的热点,当无人机节点规模较大时,大量的路由开销可能会导致网络瘫痪,因此路由协议的设计具有挑战性。针对大规模无人机场景,首先提出利用统一连通支配集算法构建虚拟骨干网,目的是减少路由洪泛的节点数;其次在骨干... 详细信息

飞行自组网是当前研究的热点,当无人机节点规模较大时,大量的路由开销可能会导致网络瘫痪,因此路由协议的设计具有挑战性。针对大规模无人机场景,首先提出利用统一连通支配集算法构建虚拟骨干网,目的是减少路由洪泛的节点数;其次在骨干节点上部署和运行NBATMAN-ADV路由协议,利用物理层数据的接收信号强度指标和信噪比评价链路质量,在减少路由开销的同时,能够快速感知链路的变化情况。仿真结果表明,较传统的先验式路由协议如优化链路状态路由和目的节点序列距离矢量,该路由协议在数据包交付率、端到端时延和吞吐量上均有明显的提升。在通信模块上的实验结果表明,该路由协议在多跳时延方面有较好的性能。

关键词：飞行自组网虚拟骨干网统一连通支配集算法 NBATMAN-ADV路由协议

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飞行自组网路由协议优化研究

飞行自组网路由协议优化研究

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作者：黄鑫陈中国科学院大学

学位级别：硕士

无人机由于嵌入式技术、微电子等相关技术的进步得到了迅速发展，使得应用领域逐渐扩大延伸，在军用、民用领域得到广泛应用，具有极高的研究与应用价值。　　多无人机系统较之单个无人机可以更经济有效地协同执行任务，这一优势推动了... 详细信息

无人机由于嵌入式技术、微电子等相关技术的进步得到了迅速发展，使得应用领域逐渐扩大延伸，在军用、民用领域得到广泛应用，具有极高的研究与应用价值。　　多无人机系统较之单个无人机可以更经济有效地协同执行任务，这一优势推动了飞行自组网相关的技术研究。由于飞行自组网的复杂特性，该网络的发展面临着等诸多技术问题，路由技术就是其中的关键技术问题之一。高移动性、急剧变化的网络拓扑以及间歇性连接的通信链路等是飞行自组网的显著特点，导致移动自组网和车载自组网中现有的路由协议不能直接应用于飞行自组网场景，本文主要针对飞行自组网的路由协议问题进行了研究，具体的研究内容如下:　　(1)针对自组网经典路由协议OLSR的改进，提出了基于移动性和负载感知的改进路由协议(MT-OLSR)。在该协议中提出了一种相对移动性感知算法，将该感知算法引入MPR选择过程，从而最大限度的保证网络拓扑的稳定;提出了一种流量负载方案，通过考虑媒体访问控制层信道竞争信息和存储在缓冲区中的数据包数量来保证轻负载路径;路径选择根据结合节点可达度和负载的综合判断因子进行。我们使用NS-3通过大量的仿真实验来评估所提出的方案，并将其与经典OLSR协议进行性能对比。仿真结果表明，该路由协议分组投递率和平均端到端时延方面优于原OLSR协议。　　(2)将强化学习框架Q-learning与路由协议结合，提出了一种基于Q-learning的QoS(Quality of Service)路由协议(QQR)。该协议以Q-learning学习框架为基础，考虑了转发节点质量、链路稳定性和链路通信质量，分别将邻居节点数量、链路持续时间和链路可用带宽作为路由度量信息，设计了一种提供QoS保证的Q-learning奖励函数。网络节点周期性统计本地路由度量信息并封装在IP头部，然后通过广播Hello消息和发送数据分组进行交互，当邻居节点接收到Hello分组或者数据分组，根据奖励函数计算并更新Q值，源节点或者中继节点根据其维护的Q值表智能选择下一跳节点进行数据转发。借助EXata无线网络仿真环境对QQR协议与LAOD、AODV协议在静态、动态拓扑进行了对比。仿真结果证明了该方法的有效性，表明能为高动态飞行自组织网络中的数据传输提供稳定性好、服务质量高的通信链路。

关键词：飞行自组网路由协议移动性感知负载感知强化学习

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飞行自组网多径OLSR协议优化研究

飞行自组网多径OLSR协议优化研究

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作者：沃滋植哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的应用领域随着科技的发展而愈发广泛。飞行自组网(Flying Ad Hoc Network,FANET)由多架无人机组网而成,比单架无人机更具灵活性,且拥有更强的信息搜集能力,从而更能满足实际应用的需求。多无人机... 详细信息

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的应用领域随着科技的发展而愈发广泛。飞行自组网(Flying Ad Hoc Network,FANET)由多架无人机组网而成,比单架无人机更具灵活性,且拥有更强的信息搜集能力,从而更能满足实际应用的需求。多无人机飞行自组网之间的数据交互依赖路由协议。多径优化链路状态路由(Multi-Path Optimized Link State Routing,MPOLSR)协议相比单径路由协议计算多条最短路径,提高了可靠性;且作为一种表驱动式协议,当有业务需求时能够直接查表得到最短路,减少了计算时延,满足多无人机执行任务的需求。然而,由于飞行自组网中各节点移速较快,网络拓扑结构变化频繁,原协议无法较好的适应飞行自组网,存在相应弊端。为了解决这些问题,本文选用多径OLSR协议进行改进,增强飞行自组网的稳定性和可靠性,并为未来的FANET应用提供更好的基础。本文取得了如下创新性成果: (1)针对多径OLSR协议在FANET中链路稳定性不强时引发的分组投递率较低以及平均端到端时延较大、网络吞吐量不高的问题,提出了一种基于链路传输质量的节点筛选与路由更新算法。该算法综合链路质量与节点连接度进行多中继(Multi Point Relay,MPR)节点集的选择,并以链路传输质量作为链路权重计算多条最短路径,同时以最短路加速算法(Shortest Path Faster Algorithm,SPFA)替换原协议最短路算法,降低其计算复杂度。仿真结果表明,应用了所提算法的LQWSMPOLSR(Link Quality With SPFA MPOLSR)协议有效提升了分组投递率与网络吞吐量性能,降低了平均端到端时延。 (2)针对多径OLSR协议的路由控制分组发送周期固定、不能较好适应网络环境变化而导致路由开销较大、吞吐量较小的问题,提出了一种针对MPOLSR协议的控制消息自适应调整算法。该算法通过单位时间内节点的邻居节点变动情况动态调整HELLO消息发送间隔,通过单位时间内节点的MPR集变动情况动态调整TC消息发送间隔。仿真结果表明,应用了所提算法以及上述路由策略算法的二次改进型LQMA-MPOLSR(Link Quality and Message Adaptation MPOLSR)协议有效降低了路由控制开销并提高了分组投递率与网络吞吐量性能。

关键词：飞行自组网多径OLSR MPR 链路传输质量控制消息自适应

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