[发明专利]基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法

说明书

本发明公开了一种基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，包括：建立单个无人装备的网络通信交互能量模型，获取单个无人装备的剩余能量；通过路径中所有无人装备的剩余能量之和来作为选择路径的依据，修改传输过程中的数据包，将所述剩余能量代入数据包的标志位；根据所述标志位选择数据传输路径。本申请对无人装备集群网络路由算法进行了改进，降低了无人装备之间传输数据的时延，减少了无人装备集群网络中路由发现的频率，延长了整体网络的存活寿命，优化网络性能，使无人装备之间的数据传输更加可靠。

技术领域

本发明属于无人集群控制学领域，具体说是一种基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法。

背景技术

移动Ad Hoc网络由一群移动节点临时组成的无中心、自组织、多跳的分布式网络，可以为作战人员和各武器平台提供灵活机动的通信能力，正逐渐在信息化武器装备上发挥着巨大的作用。无人装备集群网络作为典型无线自组网络，在侦察、探测、中继通信等应用领域的作用越来越突出，由于无人集群网络不需要固定基站,具有架设简单快速,使用方便的优点,已被广泛应用于军事、自然灾害的紧急救援等特殊领域。然而，无人装备集群具有节点能量受限，移动速度快，拓扑结构变化频繁以及断链率高等特点，这些特征对无人装备集群路由协议的性能产生了较大影响。因此，研究一种适用于无人集群网络的路由算法具有重要的理论意义和应用价值。但是，目前已有的被应用于无人集群网络的路由算法有一定的局限性，网络中节点的能量消耗存在不平等的问题。

已有的研究表明多个种类的无人集群网络均具有相似的特性。故在研究无人集群网络应考虑以下特性：

节点高移动性：由于网络中节点的移动速度很快，并且能够在三维空间进行移动，网络拓扑结构变化迅速；同时，由于没有固定的中信节点，无人集群网络的组网形式灵活，所有节点可以随时进入或退出当前网络，节点的入网退网不会影响其他节点收发数据。无人装备集群的高移动性将导致会使网络中已建立的路由链路经常被破坏，进而导致整条路由必须重建。

竞争信道资源：在无人集群网络中，由于不存在固定的网络基站与网络架构，所有节点均通过广播的方式进行数据传输，与有线信道相比，其带宽受限，容量较低，在通信时，信号碰撞，噪声干扰等因素都是必要的考虑问题。因此，在无人集群的运动场景下，其能使用的通信带宽会比理论计算出的带宽小很多，网络中经常会产生拥塞问题。同时，当同一时间有多个节点需要发送数据时，所有节点通过竞争的方式接入共享信道资源，链路的传输带宽有限，因此会导致无人集群通信网络出现信道分配不平衡的现象，使一些节点出现饿死现象。

多跳通信：多跳通信的主要特点是把传统意义下的直接传输路径分成多个短小的路径来传递信源信息的，多跳传输与传统单跳传输相比具有降低系统的发送功率、延伸覆盖和提高系统的容量及吞吐量等特点。在无人集群网络中，各个节点的通信范围都是有限的，当节点需要与超出通信范围的节点建立连接时，一般会选取当前通信范围内的节点作为中继节点，通过多个中继节点转发数据的方式与目标节点建立连接，这就被称为是无人集群网络的多跳通信。无人集群网络中，由于需要通过部分中继节点来承担更多的数据转发任务，造成网络中节点的能量消耗存在不平等的问题。

无人集群网络结构以无人机为例拓扑图如图1所示，通信方式如图2所示；AODV协议是无人集群网络主要采用的路由协议。然而，AODV路由协议在无人装备集群网络通信交互中还存在一些不足：在建立路径时，采用最短路径的选路原则，建立反向路径时只接受并处理第一个到达的消息，没有考虑节点能量消耗的公平性；AODV路由协议的中断策略，除非已建好的链路发生中断，否则将会一直使用该条路由传输数据，导致网络某些节点耗能过快，过早死亡。

发明内容

鉴于现有无人集群网络并未考虑节点的剩余能量与节点缓冲区队列长度等情况，从而导致某些节点在通信过程中由于能量耗尽而过早死亡，故本申请提出一种基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，以延长网络寿命，保证通信质量。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，包括：