【正文】 R,FSR,HSRAODV,DSR,TORA,ABR,SSR,CBRPAODV,DSR,TORA,ABR,WRP,STARACGSR,ZRP,CEDAR表22 MANET網(wǎng)絡(luò)各協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn) 本章小結(jié)本章對(duì)無人機(jī)通信組網(wǎng)所用到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹。根據(jù)上面的結(jié)果可以得出以下結(jié)論：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定時(shí)，在路由開銷性能方面，按需驅(qū)動(dòng)的路由方式要比表驅(qū)動(dòng)的路由方式在性能上有明顯的優(yōu)勢(shì)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變化較快時(shí)，在報(bào)文發(fā)送率性能方面，按需驅(qū)動(dòng)的路由方式要比表驅(qū)動(dòng)的路由方式在性能上有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，路由維護(hù)的開銷讓TORA的能量消耗迅速惡化。當(dāng)拓樸變更劇烈時(shí)，DSDV的報(bào)文發(fā)送率急劇下降，此時(shí)按需驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議表現(xiàn)較好。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兏幻黠@的情況下，按需驅(qū)動(dòng)的DSR、AODV、TORA協(xié)議的路由開銷遠(yuǎn)小于表驅(qū)動(dòng)的DSDV協(xié)議。 本文對(duì)表驅(qū)動(dòng)路由和按需驅(qū)動(dòng)的路由進(jìn)行了路由開銷、報(bào)文發(fā)送率及能源消耗等方面性能的比較，選擇了幾個(gè)有代表性的路由協(xié)議進(jìn)行了對(duì)比研究，以DSDV、AODV、TORA、DSR四種路由協(xié)議為例。當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)出路由請(qǐng)求后，該節(jié)點(diǎn)將向周圍節(jié)點(diǎn)發(fā)出“RREQ”控制包，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身所在的網(wǎng)絡(luò)分部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及自身身份采取不同的處理方式：簇首節(jié)點(diǎn)將RREQ轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將RREQ轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)或毗鄰的簇首節(jié)點(diǎn)；普通成員節(jié)點(diǎn)將RREQ發(fā)往所在簇的簇首節(jié)點(diǎn)或作丟棄處理。每一個(gè)簇由一個(gè)“簇首”來管理簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的全部信息及行為。每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一個(gè)簇成員表（clustermembertable）和路由選擇表（routingtable）.前者記錄網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的簇首并周期廣播更新；后者為每個(gè)簇保存一條表項(xiàng)，記錄通往該簇首的下一節(jié)點(diǎn)。LAR協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是在小范圍內(nèi)尋徑，減少了尋徑開銷；缺點(diǎn)是依賴GPS提供的位置信息，限制了其應(yīng)用范圍。LAR協(xié)議從GPS獲得位置信息，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)需知道其它節(jié)點(diǎn)的平均運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)局部鏈路發(fā)生變化時(shí)，只需要局部勢(shì)能的調(diào)整，這種改變一般不會(huì)影響到全局。其主要思想是：對(duì)于某一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保留了相對(duì)于它的“勢(shì)能”。AODV基于雙向路徑的假設(shè)，不支持單向路徑。如果路由失效，源節(jié)點(diǎn)則重新開始一個(gè)新的路由發(fā)現(xiàn)過程。 路由維護(hù)過程也需要使用緩存信息。當(dāng)路由請(qǐng)求到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)(或者某個(gè)知道某條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由的中間節(jié)點(diǎn))時(shí)，它就可以決定一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的完整的源路由。如果某個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到了新節(jié)點(diǎn)的HELLO信息,則把新節(jié)點(diǎn)信息填入路由表,并且把它自己的路由表發(fā)給新節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)周期性或者在鏈路狀態(tài)改變的情況下交換路由表，信息更新報(bào)文中反饋節(jié)點(diǎn)列表中的節(jié)點(diǎn)需要確認(rèn)其接收。通過這種算法，可大大降低路由修改信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。對(duì)于每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，拓?fù)浔碛涗涙溌窢顟B(tài)信息和該信息的時(shí)間戳（timestamp），下一跳節(jié)點(diǎn)表記錄分組轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳節(jié)點(diǎn)，而距離表則記錄到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑。這樣所有這些目的路由指向的目的節(jié)點(diǎn)都有效地與此節(jié)點(diǎn)斷開，直到有新的序列號(hào)產(chǎn)生并包含新的路由信息。每個(gè)收到該廣播報(bào)文的節(jié)點(diǎn)將報(bào)文中的對(duì)應(yīng)各目的節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)與自身路由表中相應(yīng)表項(xiàng)比較，如果報(bào)文中的序列號(hào)較高，則更新自己的路由表，將發(fā)送者指定為下一跳，并將距離增加一跳。典型的分層結(jié)構(gòu)協(xié)議有CGSR(Cluster head Gateway Switch Routing) 、CBRP（cluster based routing protocol）等，前者為按需驅(qū)動(dòng)，否則為表驅(qū)動(dòng)。分簇結(jié)構(gòu)可以提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和減少路由開銷，可擴(kuò)展性好，符合人類管理大型系統(tǒng)的習(xí)慣，適合管理超大型網(wǎng)絡(luò)。平面結(jié)構(gòu)路由的缺點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都充斥著路由信息報(bào)文,網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性差。這樣可將表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的周期性廣播限定在一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)，從而減輕由全網(wǎng)廣播帶來的路由負(fù)荷。缺點(diǎn)是發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)，如果沒有去往目的節(jié)點(diǎn)的路由，數(shù)據(jù)分組需要等待因路由發(fā)現(xiàn)引起的延時(shí)，不適合于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。按需路由一般分為路由建立和路由維護(hù)兩個(gè)過程。而其在無需通信節(jié)點(diǎn)之間的路由維護(hù)則浪費(fèi)了大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。距離矢量算法也會(huì)導(dǎo)致路由環(huán)路的生成。一、 依據(jù)觸發(fā)時(shí)機(jī)進(jìn)行分類根據(jù)路由出發(fā)原理，目前的路由協(xié)議可分為三類： 基于路由表驅(qū)動(dòng)（Table Driven）的路由協(xié)議表驅(qū)動(dòng)路由（又稱先驗(yàn)路由、主動(dòng)路由）繼承了傳統(tǒng)的路由算法，但在消除路由環(huán)路和已過時(shí)路由等方面進(jìn)行了適應(yīng)于自組網(wǎng)特性的改進(jìn)。此外，為了保證QoS服務(wù)質(zhì)量，可以采用多徑跨層路由協(xié)議算法，即以某個(gè)或多個(gè)度量的路由標(biāo)準(zhǔn)(如延時(shí)和帶寬)為依據(jù)，根據(jù)MAC層反饋的信息，如緩存隊(duì)列長(zhǎng)度等，在存在的多條路由中選擇出一條滿足QoS的最佳路徑。這幾種協(xié)議各具優(yōu)缺點(diǎn)，適應(yīng)于不同的工作條件。比較適合移動(dòng)組網(wǎng)的路由協(xié)議有DSR、AODV、DSDV和TORA等。由于無線信道本身的物理特性，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多。路由協(xié)議hi移動(dòng)節(jié)點(diǎn)互相通信的基礎(chǔ)。圖23所示的是無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展應(yīng)用示意圖。基站節(jié)點(diǎn) 無人機(jī)節(jié)點(diǎn)圖22 無人機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)覆蓋示意圖 戰(zhàn)場(chǎng)延伸戰(zhàn)場(chǎng)延伸主要是針對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行偵察時(shí)，基站到目標(biāo)的距離超出了單無人機(jī)的通信距離，因此需要使用多架無人機(jī)中繼來傳輸目標(biāo)的偵察信號(hào)。 戰(zhàn)場(chǎng)覆蓋目前偵察無人機(jī)還處于應(yīng)用基站控制單無人機(jī)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行偵察、監(jiān)視的階段。 在MANET網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)兼?zhèn)渲鳈C(jī)和路由器兩種角色。MANET網(wǎng)絡(luò)與蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有一些相似之處：終端用戶可以自由移動(dòng)，用戶接入采用無線傳輸方式，接入速率低等；它和移動(dòng)IP也有一些相似之處：接入點(diǎn)可變，需要位置管理。并且變化的模式和時(shí)間難以預(yù)測(cè)，因此網(wǎng)絡(luò)需要高效的路由協(xié)議來適應(yīng)這種動(dòng)態(tài)的拓?fù)渥兓?，保證數(shù)據(jù)鏈路的連通。無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)不需要任何的預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可快速展開并且自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)。所以,它又被稱為多跳無線網(wǎng)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)。在后一種情況中,MANET網(wǎng)絡(luò)通常是以末端子網(wǎng)的形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。無人機(jī)的通信數(shù)據(jù)鏈主要由下列兩部分組成：數(shù)據(jù)鏈的機(jī)載部分,包括機(jī)載數(shù)據(jù)終端(ADT)和天線；數(shù)據(jù)鏈的地面部分，也稱地面數(shù)據(jù)終端(GDT)，包括地面天線子系統(tǒng)、地面控制站、以及連接地面天線和地面控制站的接口單元。第五章 結(jié)論：本章是對(duì)全文工作的總結(jié)以及對(duì)未來工作的展望。論文組織結(jié)構(gòu)安排如下：第一章 緒論：本章明確論文選題的背景、意義，介紹國(guó)內(nèi)外無人機(jī)無人機(jī)組網(wǎng)通信的發(fā)展現(xiàn)狀。無人機(jī)型號(hào)數(shù)據(jù)鏈工作頻率RQ一l PredatorBLOS,LOSKu band，C—bandRQ一2B PioneerLOS C2Cband， UHFRQ一4 Global HawkLOS(4A),LOS(4B),LOS,BLOS(SATCOM)UHFXbandKuband INMARSATRQ一5A／MQ一5B HunterLOSCbandRo7A／B Shadow 200LOS C2LOS VideoSband UHFC—bandRQ一8A／B Fire ScoutLOS C2LOS VideoKuband／UHFKubandMQ一9 Pzedator BBLOS,LOSKubandCbandIGnatERLOSCbandMaverickTBDTBDXPV一1 TernLOS C2，LOS VideoL／S—band， UHFXPV2 MakoC2,VideoVHF／UHFLband Video downlinkCQ一10 SnowGooseLOS／BLOS C2 LOS VideoLband表11 美國(guó)現(xiàn)役無人駕駛飛機(jī)使用的通信技術(shù)統(tǒng)計(jì)表圖11 用于執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的部分無人機(jī)圖1 1 本課題所使用的中小型無人機(jī)“開拓者” 指標(biāo)參數(shù)機(jī)身尺寸，最大起飛重量15kg有效載荷5kg遙控半徑3500m有效控制半徑30km續(xù)航時(shí)間120min飛行速度平飛時(shí)速80～150km/h，巡航速度110km/h飛行高度50～4000m起降方式滑跑/彈射，滑降/傘降發(fā)動(dòng)機(jī)3W 56iB2，97無鉛汽油傳感器GPS、加速計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)表1 1 “開拓者”無人機(jī)參數(shù)　研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)圖12 論文的組織結(jié)構(gòu)論文主要研究的內(nèi)容包括以下4點(diǎn)：（1）明確無人機(jī)通信組網(wǎng)的研究背景和意義，深入學(xué)習(xí)已有組網(wǎng)方案和組網(wǎng)技術(shù)，了解各種技術(shù)的適用環(huán)境和優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行總結(jié)比較和優(yōu)劣分析。例如2005年，美國(guó)主管F／A22的機(jī)構(gòu)認(rèn)為：由于LINK16的帶寬有限，無法滿足F／A22向外傳輸大量數(shù)據(jù)的需求，因此準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向?yàn)椤懊颓荨睉?zhàn)斗機(jī)裝備的基于“戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”。 無人駕駛飛機(jī)通信系統(tǒng)主體上還停留在解決單機(jī)與基地的通信問題的通信網(wǎng)絡(luò)的階段。但是其缺點(diǎn)是：?jiǎn)螜C(jī)系統(tǒng)一旦受創(chuàng)，或與后方指揮中心通信受干擾或中斷將直接影響全系統(tǒng)的工作。迄今為止，包括美國(guó)在內(nèi)，世界各國(guó)的軍用無人飛機(jī)的活動(dòng)方式大都保留著單機(jī)執(zhí)行任務(wù)方式，其通信方式還處在從通信線路網(wǎng)絡(luò)向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的過渡過程之中，后方地面控制站直接對(duì)單架或多架無人機(jī)進(jìn)行控制，即采用以后方指揮中心為核心的星形控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。衛(wèi)星中繼方式在無人機(jī)上的運(yùn)用已相當(dāng)成熟，并具有覆蓋區(qū)域廣、傳輸碼速率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)勢(shì)，但其傳輸時(shí)延大、造價(jià)高，最致命的弱點(diǎn)是易受干擾，在和美國(guó)、俄國(guó)等強(qiáng)國(guó)對(duì)抗時(shí)衛(wèi)星中繼鏈路的可用度非常低。在寬帶互聯(lián)網(wǎng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)兼有主機(jī)和路由器兩種功能。無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般由無人機(jī)群和基站組成，采用MANET（移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)）多跳無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，組成無人機(jī)通信MANET網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)控制無人機(jī)群和傳輸偵察信號(hào)，增強(qiáng)無人機(jī)的通信能力和抗毀傷能力，將極大增強(qiáng)無人機(jī)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)信息的感知獲取能力，提高無人機(jī)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的能力，以適應(yīng)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的需求。由于機(jī)間鏈路與空地鏈路各有特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?、格式、速率等的要求不同，故其采取的組網(wǎng)方案也有所區(qū)別。而設(shè)備的小型化暫時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，因此中小型無人機(jī)尚無法實(shí)現(xiàn)自主編隊(duì)等要求。無人機(jī)先后在美國(guó)越戰(zhàn)、以色列中東戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)以及當(dāng)前利比亞“奧德賽黎明”行動(dòng)等局部戰(zhàn)爭(zhēng)中大顯神威，進(jìn)一步檢驗(yàn)和驗(yàn)證了無人機(jī)系統(tǒng)的實(shí)戰(zhàn)效能。關(guān)鍵詞：通信組網(wǎng)方案；MANET無線自組網(wǎng)；Nano IP920電臺(tái) ABSTRACTOn account of the number of Unmanned Air Vehicles (UAVs) in the using field increase substantially, the probability of air collision bees larger. Since UAVs have a remand of expand to a wider space, Federal Aviation Administration(FAA) provide that UAVs should discover the threats and avoid collision like human beings. Perception and avoidance system are the important ensure of UAVs’ realtime planning and this technology is the hot spot of the route planning research. Be aimed at avoiding the noncooperating threat , this paper studies the realtime route planning to plan the feasible route . The main contributions are as follows:(1) Problem analysis . After analysing the UAVs’ realtime route planning , I build the project model . Then we studies several algorithms and provide a contrast .(2) Algorithm design . After studying Rapidlyexploring Random Tree’s theory , a modified RRTbased UAV route planning algorithm is proposed . The key point is decreasing the planning randomness and keeping the realtime at the same time . Then I realize the algorithm using Matlab .(3) Simulation experiment . Compare the modified RRT with the former RRT . On condition of the simulation of the air collision , I build the model of threat and flight route . The result es that the modified RRT can satisfy the problem’s requirement.KEY WORDS: realtime planning, 3D route planning, Rapidlyexploring Random Tree第一章　緒　論　課題研究背景無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle