【正文】 、加入和離開，會引起網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，因此需要設計高效、靈活的動態(tài)路由協(xié)議，從而達到快速發(fā)現(xiàn)路由的目的。此外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾、信道間干擾等多種因素，節(jié)點可能得到的實際帶寬是遠遠小于理論上的帶寬最大值； 無線移動終端的局限性。常規(guī)的路由協(xié)議，如路由信息協(xié)議（RIP）和開放式最短路徑互連（OSPF）是為有線網(wǎng)絡設計，它們的拓撲結(jié)構(gòu)相對固定，不會出現(xiàn)大的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化，自組網(wǎng)結(jié)構(gòu)則是動態(tài)變化的?！』贛ANET自組網(wǎng)的路由協(xié)議簡介和分析　無線自組網(wǎng)路由協(xié)議與單跳的無線網(wǎng)絡不同，自組網(wǎng)節(jié)點之間需要通過多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制進行數(shù)據(jù)交換，每個節(jié)點都可能充當其他節(jié)點的路由器。多架無人機采用鏈式的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，應用多跳MANET路由技術(shù)將偵察數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至基站，大大延伸了無人機能夠偵察的距離。單無人機通信距離和偵察范圍有限，不能對遠距離大范圍的戰(zhàn)場域進行有效偵察。一方面，節(jié)點作為主機運行相關(guān)的協(xié)同應用程序。但是它們之間更多的是不同點，如表21所示：蜂窩網(wǎng)絡移動IPMANET網(wǎng)絡網(wǎng)絡基站及小區(qū)位置確定不變，用戶可自由移動接入點可變，但用戶無法在移動中工作無固定設施，部署方便，所有節(jié)點可自由移動靜態(tài)拓撲的主干網(wǎng)絡靜態(tài)拓撲的基礎(chǔ)網(wǎng)絡高動態(tài)的多跳網(wǎng)絡拓撲相對溫和的環(huán)境和比較穩(wěn)定的連接穩(wěn)定的連接強干擾環(huán)境和不穩(wěn)定的連接預先規(guī)劃，安裝后基本固定預先規(guī)劃，安裝后固定不變自組織，隨環(huán)境變化表21 各網(wǎng)絡的性能和特點總之，從移動IP到蜂窩移動網(wǎng)絡再到MANET網(wǎng)絡，用戶的自由度越來越大，但是對網(wǎng)絡中的用戶管理和路由協(xié)議的復雜度要求也越來越高。 較高的安全性和服務質(zhì)量由于無人機MANET網(wǎng)絡在軍事戰(zhàn)場環(huán)境下容易遭受干擾、竊聽和攻擊，并且要求穩(wěn)定可靠的通信服務質(zhì)量，以保證對無人機的控制和無人機偵察信號的回傳。 智能化無人機可以利用人工智能算法對數(shù)據(jù)和信息進行處理，作出決策。MANET網(wǎng)絡同時具備移動通信和計算機網(wǎng)絡的特點,可以看作是一種特殊類型的移動計算機通信網(wǎng)絡。MANET網(wǎng)絡中,每個移動終端兼?zhèn)渎酚善骱椭鳈C兩種功能:作為主機,終端需要運行面向用戶的應用程序。其結(jié)構(gòu)圖如圖21所示圖21 無人機通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖　無人機MANET無線自組網(wǎng)技術(shù)移動自組網(wǎng)簡稱MANET網(wǎng)絡(Mobile Ad Hoc Networks) , 又稱為移動MANET網(wǎng)絡，是由具有無線通信能力的移動節(jié)點組成、具有任意和臨時性網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)[2]。第二章　無人機通信組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 無人機通信系統(tǒng)簡介無人機主要通過數(shù)據(jù)鏈進行通信。第二章 無人機通信組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)：本章介紹了無線自組網(wǎng)及其適用協(xié)議，并對本課題所使用的數(shù)傳電臺IP920的工作性能和工作方式進行了介紹。（2）分析了通信路由協(xié)議的選擇對組網(wǎng)方案性能的影響,研究了不同路由協(xié)議間進行變換時的變換準則。近年出現(xiàn)的TTNT網(wǎng)絡采用Internet體系結(jié)構(gòu)，并開始使用MANET技術(shù)組網(wǎng)，盡管技術(shù)尚未成熟，但應當引起我軍重視，作為我國發(fā)展相關(guān)網(wǎng)絡時的借鑒。目前美國服現(xiàn)役的Link16僅屬于物理層網(wǎng)絡技術(shù)，且傳輸速率較低(最高238Kbps)；。隨著無人機微小型化使單機被擊落后造成的經(jīng)濟損失較小，以及單機處理與應變能力的提高，以機群為基礎(chǔ)的作戰(zhàn)單元內(nèi)單機間如果具有可替補性，從而使作戰(zhàn)單元的可靠性可以大大提高。換言之，各個無人機之間缺少直接通信、協(xié)調(diào)、合作的能力，而所有的行動只能通過指揮中心來完成。以中空、高空長航時無人機為空中中繼平臺的空中中繼方式具有成本低、傳輸時延小的特點，而且可以根據(jù)不同的需要采用不同的數(shù)據(jù)鏈，因此具有操作靈活、通信快捷的優(yōu)勢，并在目前得到越來越廣泛的重視。節(jié)點之間通過多跳無線鏈路來相互進行通信，每個節(jié)點在必要的時候都要充當路由器的角色來為其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。單無人機作為偵察和監(jiān)視的有效手段在軍事領(lǐng)域的應用已經(jīng)有較長的歷史，但是對多無人機通信組網(wǎng)的研究剛開始不久。為應對未來戰(zhàn)爭的要求，智能化、自組織、抗干擾能力強的組網(wǎng)方案成為了研究的熱點和難點。所以，基于現(xiàn)有設備，設計新的通信組網(wǎng)方案，實現(xiàn)無人機的自主編隊是十分有必要的。然而隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭對無人機在自主性、智能化、多任務等方面的要求越來越高，原有的無人機的通信組網(wǎng)方式已不能滿足現(xiàn)實需要，無人機的作戰(zhàn)效能和智能水平已逐漸無法滿足軍事行動的要求。]。本文結(jié)合現(xiàn)有硬件Nano IP920電臺進行了網(wǎng)絡通信實驗，完成了電臺各拓撲結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境下的通信性能測試，并進行了簡單的性能分析。本文分析了無人機通信網(wǎng)絡的特點和要求進行了分析，介紹研究了MANET自組網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡路由協(xié)議，對其通信性能進行了比較分析，并建立了無人機戰(zhàn)場網(wǎng)絡模型。本 科 畢 業(yè) 論 文題目：中小型固定翼無人機組網(wǎng)通信鏈路方案設計學員姓名：易驍?shù)蠈W號：仿真工程培養(yǎng)類型：合訓類專業(yè)：200909012035所屬學院：指揮軍官基礎(chǔ)教育學院年級：2008級指導教員：張代兵職稱：副研究員所屬單位：機電工程與自動化學院自動化研究所國防科學技術(shù)大學訓練部制67 / 74目　錄目　錄 I摘　要 iABSTRACT ii第一章　緒　論 1　課題研究背景 1　國內(nèi)外研究進展 2 2 4　研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) 6第二章　無人機通信組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 8 無人機通信系統(tǒng)簡介 8　無人機MANET無線自組網(wǎng)技術(shù) 9 無人機MANET網(wǎng)的特點 9 無人機MANET網(wǎng)絡的典型應用 11　基于MANET自組網(wǎng)的路由協(xié)議簡介和分析 11　無線自組網(wǎng)路由協(xié)議 11　無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的分類 13　幾種自組網(wǎng)路由協(xié)議的簡介 15 性能比較 19 本章小結(jié) 22第三章　無人機通信組網(wǎng)方案設計 23 23 戰(zhàn)場無人機網(wǎng)絡模型 23 各種條件下對無人機組網(wǎng)的要求 24 IP920電臺簡介 25　IP920電臺的性能指標 25　IP920電臺工作模式和網(wǎng)絡拓撲簡介 27 無人機網(wǎng)絡模式分析與評估 27 兩種常見的無人機網(wǎng)絡模式 27 各組網(wǎng)模式的優(yōu)缺點評估 29 無人機組網(wǎng)方案設計 30 基于幾種組網(wǎng)模式和路由協(xié)議的無人機組網(wǎng)方案設計 30 無人機在不同情況下的網(wǎng)絡變換準則 31 本章小結(jié) 33第四章　仿真實驗與綜合分析 34　實驗環(huán)境 34　實驗內(nèi)容 34　實驗過程及結(jié)果分析 35　不同拓撲結(jié)構(gòu)下的電臺數(shù)據(jù)傳輸性能分析 35 不同距離下的電臺數(shù)據(jù)傳輸性能分析 44 不同運動情況下的電臺數(shù)據(jù)傳輸性能 45 不同節(jié)點數(shù)量下的電臺數(shù)據(jù)傳輸性能 49 不同通視程度下的電臺數(shù)據(jù)傳輸性能 50 本章小結(jié) 51第五章　結(jié) 論 52　總結(jié) 52　未來工作展望 53致　謝 55參考文獻 57摘　要無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是一種無人駕駛、動力驅(qū)動、可重復使用的飛行器，可以執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務。（2） 方案設計。實驗測試了拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸距離、運動情況、網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量和環(huán)境通視程度對數(shù)據(jù)傳輸性能的影響。目前，無人機可執(zhí)行對空、對地（海）作戰(zhàn)任務，廣泛使用于情報偵察、通信中繼、目標搜索與跟蹤和對地攻擊等各種作戰(zhàn)任務中，并發(fā)揮了重大作用。在這種情況下，對無人機組網(wǎng)方案和組網(wǎng)技術(shù)的研究已迫在眉睫，以美國為首的世界各軍事強國加快了對無人機通信理論和技術(shù)的研究，并取得了一系列成果。對無人機組網(wǎng)方案進行研究需要對兩個鏈路進行設計，即機間鏈路和空地鏈路。本文研究的具體內(nèi)容就是基于現(xiàn)有硬件條件，使無人機編隊能夠快速進行自主的通信組網(wǎng)、拓撲變換及編隊協(xié)調(diào)。組建具有較強信息感知與獲取能力、通信能力和健壯性的無人機MANET網(wǎng)絡已經(jīng)成為多無人機通信研究的熱點。而且，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸方式可以兼容多種數(shù)據(jù)鏈，如寬帶高速數(shù)字多波束中繼數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星中繼數(shù)據(jù)鏈、通用戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，以及無人機群的無線局域網(wǎng)等。無人機群各子網(wǎng)之間的多跳傳輸主要用于傳輸少量的數(shù)據(jù)信息，而對于話音、圖像等多媒體信息，由于其對帶寬、時延、時延抖動的要求較高，QoS的設計將非常復雜，需要基于特定的網(wǎng)絡和應用環(huán)境進行系統(tǒng)的跨層設計研究。在這一模式下，后方地面控制站可能：（1） 直接遙控一架或多架無人機：這一模式目前使用的較為普遍，相對成本也較低，但因為地球表面曲率問題，使其遙控距離受限；（2） 間接通過一架無人機作中繼對多架無人機實現(xiàn)控制與信息交換：這一控制模式較容易克服距離受限問題，但當中繼機被毀時可能影響全局，因此單點抗毀性不強。如果機群內(nèi)與后方指揮中心的通信也具有多條途徑，則以機群為基礎(chǔ)作為執(zhí)行任務的基本單元的工作模式將會越來越受到重視。LINK16數(shù)據(jù)鏈提供了一種抗干擾、安全的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸，采用標準的波形和數(shù)據(jù)格式，允許進行機動空中通信。根據(jù)《美國無人駕駛飛機2005—2030年發(fā)展道路藍圖》(USA UAV Roadmap2005—2030)，美國現(xiàn)役的主要無人駕駛飛機所使用的通信技術(shù)如表11所示。（3）以IP920數(shù)傳電臺為載體進行無人機通信組網(wǎng)實驗，分析各組網(wǎng)方案的數(shù)據(jù)傳輸性能。第三章 無人機通信組網(wǎng)方案設計：本章針對IP920電臺的技術(shù)指標和工作模式設計了幾種組網(wǎng)方案，對這幾種組網(wǎng)方案的優(yōu)缺點進行分析評估，得到不同情況下的最優(yōu)組網(wǎng)方案，并研究了不同組網(wǎng)方案之間進行相互變換的變換準則。這種數(shù)據(jù)鏈被稱為“模塊化集成導航通信系統(tǒng)”(MICNS),是一種具有抗干擾(AJ)能力的復雜的數(shù)字式數(shù)據(jù)鏈。其中每個節(jié)點既可作為主機也可作為路由器使用。作為路由器,終端需要運行相應的路由協(xié)議,根據(jù)路由策略和路由表參與分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護工作。 無人機MANET網(wǎng)的特點基站和無人機組成MANET網(wǎng)絡應當具有以下特點： 無中心、自組織無人機網(wǎng)絡中所有無人機的地位平等，沒有統(tǒng)一的控制中心，是一個分布式的網(wǎng)絡構(gòu)架。比如當網(wǎng)絡中某些無人機失效后，智能化的無人機通過感知網(wǎng)絡拓撲狀態(tài)，從而移動自身的位置，保證網(wǎng)絡的持續(xù)連通。無人機采用無線信號傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡帶寬較小，再加上競爭無線信道的沖突、信號衰減、噪聲等多種因素，使得網(wǎng)絡的實際帶寬遠小于理論計算的最大值。 MANET網(wǎng)絡可以在獨立的環(huán)境下運行，也可以是以通過網(wǎng)關(guān)連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施上，如Internet或者蜂窩核心網(wǎng)。另一方面，節(jié)點作為路由器需要運行相關(guān)的路由協(xié)議，進行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護等常見的路由操作，對接收到的信宿不是自己的分組需要進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。因此，為拓展無人機的偵察能力，可以采用多無人機組成MANET網(wǎng)絡實現(xiàn)對整個戰(zhàn)場空間的覆蓋。圖2．2所示的是無人機MANET網(wǎng)絡戰(zhàn)場延伸示意圖。無線信道質(zhì)量的不規(guī)則變化，節(jié)點的移動、加入和退出等均會引起網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。若仍使用常規(guī)路由協(xié)議，則將會在路由發(fā)現(xiàn)和路由維護上付出很大代價，而全網(wǎng)路由也可能始終處于不收斂狀態(tài)。移動終端在帶來移動性、靈巧、輕便等好處的同時，其固有的特性，例如采用電池一類的可耗盡能源提供電源、內(nèi)存較小、CPU性能較低等要求路由算法簡單有效，實現(xiàn)的程序代碼短小精悍，需要考慮如何節(jié)省能源等。根據(jù)發(fā)現(xiàn)路由的驅(qū)動模式的不同，可以將路由協(xié)議分為表驅(qū)動路由協(xié)議(Table Driven Protocols)和按需路由協(xié)議(Source—Initiated OnDemandProtocols)；根據(jù)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的差異，又可以將它們分為平面結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議(Flat Protocols)和分簇路由協(xié)議(Clustered Protocols)。在實用中，由于各個子網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)量少、相對位置變化不大，可以采用表驅(qū)動方式的路由協(xié)議，使各個節(jié)點能夠?qū)崟r掌握子網(wǎng)內(nèi)所有其它節(jié)點的路由信息；而在各個子網(wǎng)間采用按需路由協(xié)議，通過動態(tài)網(wǎng)關(guān)或簇頭完成源節(jié)點到目的節(jié)點的路由發(fā)現(xiàn)過程。到目前為止，已經(jīng)有相當多的標準和草案推出。鏈路狀態(tài)協(xié)議中每個節(jié)點都要保存整個網(wǎng)絡的拓撲信息以及每條鏈路的開銷，為了使所有節(jié)點中保存的路由保持一致，每個節(jié)點必須周期性地廣播其與周圍鄰居節(jié)點的路由信息，其它節(jié)點在收到這些信息時更新網(wǎng)絡拓撲，以最短路徑算法來計算到達目的節(jié)點的下一跳節(jié)點。 表驅(qū)動路由協(xié)議中無論路由是否被用到，每個節(jié)點都要進行周期性地路由信息交換以維護路由表。 按需驅(qū)動（OnDemand Driven）的路由協(xié)議與表驅(qū)動路由相反，源始發(fā)的按需驅(qū)動路由（又稱反應路由）認為在動態(tài)變化的自組網(wǎng)環(huán)境中，沒有必要維護去往其它所有節(jié)點的路由。因此，路由表是按需建立的，它可能僅僅是整個拓撲結(jié)構(gòu)信息的一部分。 表驅(qū)動和按需驅(qū)動混合MANET無線網(wǎng)絡中單純采用表驅(qū)動或按需驅(qū)動路由協(xié)議都不能完全解決路由問題，因此，許多學者提出了結(jié)合表驅(qū)動和按需驅(qū)動路由協(xié)議優(yōu)點的混合式路由協(xié)議，如ZRP協(xié)議。 二、 依據(jù)網(wǎng)絡拓樸分類按網(wǎng)絡的拓樸結(jié)構(gòu)分，MANET網(wǎng)絡路由協(xié)議可分為： 平面結(jié)構(gòu)路由 在平面結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都在同一水平位置并且節(jié)點的地位是平等的,彼此之間沒有層次概念，不存在特殊節(jié)點，路由協(xié)議的魯棒性好，通信流量平均地分散在網(wǎng)絡中，此類協(xié)議主要用在小型網(wǎng)絡中。對于規(guī)模較大的網(wǎng)絡，層次結(jié)構(gòu)（基于簇）路由可以被用來解決上面的問題。成簇協(xié)議解決如何在動態(tài)分布式網(wǎng)絡環(huán)境下使移動節(jié)點高效地聚集成簇，它是分層路由協(xié)議的關(guān)鍵。DSDV在每條路由信息中加人由目的節(jié)點產(chǎn)生的序列號，以避免路由環(huán)。 當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)鏈路失效時，它將所有通過該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的路由的距離設為無窮并將其序列號加1。三、GSR協(xié)議GSR(Global State Routing)協(xié)議的工作原理與DSDV協(xié)議類似，在該算法中，每個節(jié)點維護鄰居列表、拓撲表、下一跳節(jié)點表和距離表。四、FSR路由協(xié)議 GSR協(xié)議中，較長的路由修改報文會浪費相當大的網(wǎng)絡帶寬，針對這一缺陷，F(xiàn)SR(F