[发明专利]基于航迹的航空自组网分簇方法及计算机可读存储介质

说明书

本发明涉及基于航迹的航空自组网分簇方法及计算机可读存储介质，属于航空通讯技术领域。其中分簇方法包括以下步骤：1)预存储飞机飞行航迹上相应地理位置对应的地理簇信息；所述地理簇信息包括地理簇标识和簇内地位；2)在飞机飞行过程中，实时获取飞机的当前地理位置；3)根据所述当前地理位置，查找匹配的地理簇信息；4)按照步骤3)中匹配的地理簇信息更新自身地理簇信息。本发明在飞机飞行前已经存储了飞机飞行航迹上相应地理位置对应的地理簇信息，飞机飞行过程中只需获取当前地理位置就可实现对自身地理簇信息的更新，避免了飞机飞行过程中实时计算分簇相关信息带来的通讯实时性差和效率低问题。

技术领域

本发明涉及基于航迹的航空自组网分簇方法及计算机可读存储介质，属于航空通讯技术领域。

背景技术

航空自组网(AANET)是移动自组网在航空领域的拓展与应用，民航飞机组建AANET可实现飞机间直接通信、互发实时状态信息、空中感知信息以达到提高飞行安全性、方便交通管制、信息共享及为乘客提供上网服务等目的。不过，组建AANET会使路由协议、Qos(服务质量)保障及可扩展性等面临新的困难，为解决这些问题，研究人员提出将网络划分成组的方法，即分簇算法。

现有比较经典的分簇算法包括以下三种：

(1)最小ID算法(Lowest-ID)，算法思想为：每个节点拥有自身唯一的身份标识ID，并按照一定周期向其邻节点广播ID等信息，收到信息的节点若未确定状态，则将自身ID与其邻居节点进行比较，如果是自身ID最小，且邻居中不存在簇首节点，则成为簇首节点。

该算法的优点是方法简单、计算量小、实现方便、算法收敛快，并且由于簇首更新频率慢而导致维护簇时的开销也随之较小；其缺点主要是算法侧重于令具有较小ID的节点充当簇首，因此，筛选簇首的公平性较差，特别是，在成簇过程中该算法受具有较小ID节点的位置影响较大，可能会使形成的簇数量不均匀，即簇首的负载均衡性较差。

(2)最大连通度算法(Max-Degree)，算法思想为：由于在某节点通信范围内的节点可称为邻居节点，因此，将该节点的邻节点数量称为其节点连通度，每个节点仍具有唯一的身份标识ID，并同样在其通信范围内向周围节点广播ID等信息，具有最大连通度的节点担任簇首，在其通信范围内的节点便成为簇员。

该算法的原则是尽量减少簇的数量，具有成簇数量少、减少分组的投递时延的优点，但由于成簇数量少，信道的空间重用率较低，另外，该算法对簇内节点数量不进行限制，由此会产生簇内簇员数量过大或过小的情况发生，即簇首的负载均衡性较差，特别是，当簇内节点数量过多时，受簇首处理能力、计算能力等限制，必然会导致数据包丢失、信息处理转发时延增大等弊端，当节点剧烈运动时，簇首的更新频率则会随之急剧增大，簇结构动荡，从而引入大量的维护开销。

(3)加权分簇算法AOW(Adaptive On-demand Weighing)，该算法的思想为：通过一定的簇首筛选标准，针对移动性、节点度、传输功率、剩余能量等设计对应的权重因子，并完成归一化，最后在具体的应用和网络环境中计算具有最大权值的节点作为簇首。

AOW算法的优点是可提供较好负载均衡性和公平性，可以适应不同场合的分簇情况，并可尽量减少簇首更新带来的簇维护开销。但其缺点是计算和实现复杂度较高，权值确定方法不规范，特别是当外界环境和网络需求变化较快时，其成簇性能便会受影响。

综上，为了确定自身对应的分簇标识和在簇内的地位，飞机在风行过程中需要一直按照上述分簇算法进行计算，由于分簇算法涉及的数据量较大，飞机每次计算过程就需要花费较长的时间；而由于飞机飞行速度较快，数据随时间的变化速度也较快，此刻得到的计算结果可能已经不再完全适用于此刻的飞行状况，使得通讯实时性差、效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供基于航迹的航空自组网分簇方法及计算机可读存储介质，以解决现有飞机飞行过程中实时计算分簇相关信息带来的通讯实时性差和效率低问题。