[发明专利]基于无人机的应急场景下立体异构网络的动态路由方法

说明书

本发明基于无人机的应急场景下立体异构网络的动态路由方法，该方法能够适应动态拓扑变化的融合网络，以无人机作为中继节点构成中继节点，同一区域内的节点不通信，不同区域内的节点通信通过无人机节点中继路由，地面节点只作为路由中的末端节点，分别在各个通信过程中，该方法包括以下步骤：步骤A：分别对无人机节点、地面节点进行场景建模；步骤B：在传统OLSR协议的基础上进行链路权值的改进，将路由路径的选择以cost＝α×ETT+β×E_i+(1‑α‑β)×T为基准；步骤C：OLSR路由协议的核心思想是对MPR集进行选择，以此来减少路由开销，改进后的LBMRE‑OLSR抛弃经典的MPR集选择算法，以节点预期传输时间、节点能量和节点拥塞程度为依据进行MPR集的选择。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种基于无人机的应急场景下立体异构网络的动态路由方法，该方法采用基于多维资源和能量的负载均衡动态路由的方法实现了基于无人机的应急场景下的动态拓扑频繁变化的路由，减小了端到端的时延降低了丢包率同时解决了网络拥塞问题。

背景技术

突发自然灾害和公共事件的情况下，多个节点同时进行通信，地面通信设施可能被摧毁、地面网络会发生严重拥塞，原有的通信方式难以继续联通，所以应急场景下的通信显得尤为重要。空天地一体化异构网络可以解决网络拥塞问题以及它可以使网络具有更广的覆盖范围、更好的联通性、更强的抗毁能力。

在传统的空天地一体化网络结构的基础上，本发明将地面网络、临近空间网络和卫星网络进行分层控制，把SDN架构中控制和转发分离的概念引入三层异构网络架构中。如图1所示，我们将在各层部署SDN架构，各层都配置SDN控制器，控制器上运行多种应用程序，通过OpenFlow协议对网络中的状态和多维资源进行统一的管理。三层之间的SDN控制器通过东西向接口进行通信，从而统一协调空天地一体化网络的路由选择以及多维资源的分配问题，增强网络的联通性和抗毁性。

传统的天地一体化网络架构，由于距离较远会有较大的时延。空天地一体化网络依靠临近空间平台，能够实现快速灵活部署与组网，成为构建应急通信网络的最佳选择。一般情况下，临近空间平台飞行器布置于地面和卫星难以覆盖的区域，用于偏远地带的通信；应急时，将平台部署或移动到灾区上空，补充或替代地面通信系统的服务。在本发明中，我们假设卫星网络不进行数据的传输只具备调度功能，在原有网络结构上每层均增加SDN控制器，使层与层之间有统一的协议和编程接口，方便管理。为使临近空间网络和地面设备无缝连接，需要解决空间设备与地面设备之间可能的网络拥塞和瓶颈，其中基于多维资源高效可靠的负载均衡动态路由是组建空地网络的重要技术内容之一。

目前，Ad hoc路由协议分为静态路由协议、先应式路由协议、反应式路由协议和混合式路由协议。静态路由协议在任务执行过程中路由表不会更新，由于此限制，所以它不适合动态场景中运行。先应式路由协议(PRP)能够及时更新路由表，正确反应网络的拓扑结构，有获取路由时延小的优点，比较适合有实时要求的应用。但由于节点之间不断交互路由消息，会造成带宽和节点能量的大量消耗。目前，常用在移动自组织网中的先应式路由协议主要有优化链路状态路由(OLSR)协议和目的序列距离矢量(DSDV)协议等。反应式路由协议只有在需要时才开启路由发现程序，所需要的路由信息缓存较小，网络负载不大的情境下它的开销远小于先应式路由协议，常用的反应式路由协议有源动态路由(DSR)协议、自组网按需距离向量(AODV)协议等。顾名思义，所谓混合路由协议是将先应式路由和反应式路由结合起来，在相邻节点之间采用先应式路由在较远的节点间采用反应式路由算法，从而在开销和延时之中找到一个平衡点。但混合式路由协议也面临着很多困难，如网络中的大流量问题、簇的选择和维护、先应式和反应式路由的选择问题等。最具代表性的混合路由协议是区域路由协议(ZRP)。

现有技术的缺点：

1、未实现真正意义上的空天地网络的“一体化”路由，更多的是分层路由。

2、没有充分抓住临近空间网络中无人机随机动的特性，所用路由协议并不能很好实现网络拓扑的动态变化。