【正文】 定的閾值時，可以將當前網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)升級為高一級的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。當無人機執(zhí)行偵查拍攝等任務時，由于鏈路所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，應當采用通信路由開銷小的組網(wǎng)模式和路由協(xié)議，如按需驅(qū)動的路由協(xié)議；當無人機執(zhí)行飛行難度較大、對飛行路徑精確性要求很高的任務時，應適當犧牲路由開銷方面的性能要求，采用路由時延小的組網(wǎng)模式及路由協(xié)議，此時按需路由將不再適合網(wǎng)絡通信。具體參數(shù)設置如下：設備名稱IP地址筆記本電腦AZhangle筆記本電腦BAdministrator筆記本電腦CWangxu電臺AIPnano電臺BYIxiaodi電臺CIPnano1表42 實驗參數(shù)設置其中筆記本電腦A與電臺A、筆記本電腦B與電臺B、筆記本電腦C與電臺C分別通過網(wǎng)線互相連接配對，模擬三對地面站和無人機的組合。具體配置如下：圖4 7圖4 8 DiscoverIP發(fā)現(xiàn)情況用A、B電臺互ping，得到如下結(jié)果：Ping的方向平均時延最大時延最小時延A ping B5410567B ping A279249表4 13) Peer to Peer（P2P）模式將電臺A、C設置為從機，電臺B設置為主機，具體配置如下：圖45 電臺A配置圖46 電臺B配置圖47 電臺C配置圖4 9 DiscoverIP發(fā)現(xiàn)情況該模式下，主機不能與從機進行通信，故測試從機之間相互通信的性能。圖4 5在E、F距離為10米時用筆記本電腦D通過電臺F ping電臺D，得到如下結(jié)果：圖4 6 電臺F與電臺D通信情況可以看出，MANET網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)傳遞方面具有良好的性能，網(wǎng)絡延遲很小，而且沒有丟包的現(xiàn)象發(fā)生。在實驗中，控制了電臺位置、運動狀態(tài)、外界干擾程度等環(huán)境因素保持不變，分別測試了電臺工作在每種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)下的空載數(shù)據(jù)傳輸性能，并對其間的差異做了簡要的分析。此時必須采用群首生成算法生成新的群首，如最小ID算法；當新節(jié)點加入分級結(jié)構(gòu)時，必須按照分群算法的規(guī)則進行群首判斷，若節(jié)點符合群首條件，則原有的群必須做出調(diào)整，組成新的群。 無人機在不同情況下的網(wǎng)絡變換準則由于無人機編隊執(zhí)行任務時外部環(huán)境和任務內(nèi)容復雜多變，其編隊隊形、網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)也具有高度的不確定性，因此，在不犧牲組網(wǎng)方案的自組性的前提下，我們需要為無人機編隊在不同情況下進行網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變換設計一定的規(guī)則，即變換準則。在這個區(qū)域內(nèi)采用表驅(qū)動路由能夠使節(jié)點快速地與區(qū)域內(nèi)的節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換，提高小范圍內(nèi)無人機的靈敏性。因此，針對無人機群的特點，在無人機MANET網(wǎng)絡中，適合選擇分級結(jié)構(gòu)進行拓撲控制研究。 易擴充，網(wǎng)絡規(guī)模不受限制。其結(jié)構(gòu)圖如下：群首 網(wǎng)關 群成員圖33 分級結(jié)構(gòu)示意圖 各組網(wǎng)模式的優(yōu)缺點評估根據(jù)兩種組網(wǎng)方案的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)特點，對組網(wǎng)模式的優(yōu)缺點進行評估如下。空中網(wǎng)絡中各無人機可以互相通信，采用平面結(jié)構(gòu)的MANET網(wǎng)絡，遠距離的無人機采取多跳通信的通信方式。前三種模式與Nano IP920電臺基本一致，這里介紹一下Mesh point模式。圖31 Nano IP920電臺（左）和VIPn2400電臺（右）　Nano IP920電臺和VIPn2400電臺的性能指標工作頻率 902 – 928MHz 擴頻方式 跳頻 無線波特率 172Kbps 檢錯 冗余多項式(32bit CRC), 自動重傳請求（ARQ） 加密方法 有線等效保密/網(wǎng)路保護訪問（128bit WEP/WPA） 傳輸距離 60+英里（100+公里）無遮擋 接收靈敏度 106dBm 輸出功率 100mW – 1W(20 30dBm) 系統(tǒng)增益 140dB W/Rubber Ducky 天線 150dB W/6dBi 天線 串行接口 RS232: RxD,TxD,RTS,CTS,DCD,DSR,DTR RS422: Tx+, Tx, Rx+, Rx RS485: 4線/2線 串行波特率 300bps – 以太網(wǎng)接口 10/100M 雙絞線, 網(wǎng)絡協(xié)議 TCP,UDP,TCP/IP,ARP,ICMP,DHCP,HTTP,SNMP,FTP,serial over IP,QoS 管理 local serial port console，Telnet, WebUI,SNMP,FTP Upgrate,RADIUS authentiation, VLAN 工作模式 點對點，點對多點，前向重復器，對等網(wǎng)絡 診斷方式 電壓駐波比（VSWR），電池電壓，溫度，接收信號強度（RSSI）,遠程診斷 抑制 優(yōu)良的抗強干擾和抑制特性 供電電壓 930V DC 連接器天線 RPTNC 數(shù)據(jù)RS232 DB9F, RJ45鎖緊螺釘連接器 太網(wǎng)接RJ45 工作溫度 40℃ +70℃ 重量 約420g 體積 x x 認證 FCC , IC RSS210 表3 1 Nano IP920電臺性能表工作頻率 – 擴頻方式 跳頻 無線波特率 54Mbps 檢錯 冗余多項式(32bit CRC), 自動重傳請求（ARQ） 加密方法 WEP,WPA,WPA2 MAC認證,RADIUS服務器,MAC阻塞傳輸距離 16千米接收靈敏度 97dBm （6Mbps）,74dBm(54Mbps)輸出功率 30dBm(1w) 系統(tǒng)增益 140dB W/Rubber Ducky 天線 150dB W/6dBi 天線 串行接口 RS232: RxD,TxD,RTS,CTS,DCD,DSR,DTR RS422: Tx+, Tx, Rx+, Rx RS485: 4線/2線 串行波特率 300bps – 無線操作以太網(wǎng)接口 局域網(wǎng),10/100M 雙絞線,RS232/RS485/RS422網(wǎng)絡協(xié)議 TCP,UDP,TCP/IP,ARP,ICMP,DHCP,HTTP,SNMP,FTP,serial over IP,QoS,VoIP管理 Telnet, WebUI,SNMP,FTP Upgrate,RADIUS authentiation工作模式 接入點,站點,中繼器,Ad hoc,MESH 診斷方式 狀態(tài)顯示,遠程診斷，鏈接測試抑制 優(yōu)良的抗強干擾和抑制特性 供電電壓 930V DC 連接器天線 RPTNC 數(shù)據(jù)RS232 DB9F, RJ45鎖緊螺釘連接器 太網(wǎng)接RJ45 工作溫度 40℃ +85℃ 重量 約250g 體積 57mm x98mm x 43mm 認證 FCC 表3 2表32 VIPn2400電臺性能表　Nano IP920電臺與VIPn2400電臺工作模式和網(wǎng)絡拓撲簡介一、電臺工作模式Nano IP920電臺有三種工作模式，即Master模式、Repeater模式和Remote模式。 鏈路固定。 信息多，易擁塞。2)無人機向基站按需發(fā)送偵察視頻、圖片、聲音信號。4)如果兩個節(jié)點間存在一跳或多跳連接，則兩者的通信需要多跳路由。每個無人機節(jié)點具有一個全向天線，其通信半徑為R，但是當無人機在基站的近距離全向通信范圍內(nèi)或遠距離定向通信范圍內(nèi)時，可認為無人機能與基站通信，因為基站的通信裝置的靈敏度更高。而在能源消耗方面，表驅(qū)動協(xié)議和按需驅(qū)動協(xié)議各有優(yōu)勢。 四、能源消耗性能比較電源管理和能量消耗情況是MANET網(wǎng)絡性能的一項重要指標。一、 路由時延性能比較根據(jù)表驅(qū)動路由協(xié)議和按需驅(qū)動路由協(xié)議的工作機理，可以發(fā)現(xiàn)，表驅(qū)動路由協(xié)議在路由時延上有較大的優(yōu)越性。簇首節(jié)點通過網(wǎng)關節(jié)點發(fā)現(xiàn)毗鄰簇并由此尋找路由。十、ZRP路由協(xié)議 ZRP（zero routing protocol）協(xié)議是一個表驅(qū)動和按需驅(qū)動路由協(xié)議的組合，網(wǎng)絡內(nèi)的所有節(jié)點都有一個以自己為中心的虛擬區(qū)。TORA協(xié)議的主要特點是控制報文定位在最靠近拓撲變化的一小部分節(jié)點處，因此節(jié)點只保留鄰近點的路由信息。八、TORA路由協(xié)議TORA（temporarilyordered routing algorithm）協(xié)議是在有向無環(huán)圖DAG（directed acyclic graphic）算法的基礎上提出的一種按需驅(qū)動路由協(xié)議。如果數(shù)據(jù)報在逐跳傳輸過程中發(fā)現(xiàn)鏈路失敗，則可以由中間節(jié)點用緩存中的可用路由來代替報頭中含有失效鏈路的路由，同時向源節(jié)點發(fā)送一個路由錯誤報文。六、DSR路由協(xié)議DSR(Dynamic Source Routing)協(xié)議是最早被提出的按需驅(qū)動路由協(xié)議。這種算法的拓撲組織結(jié)構(gòu)像魚的眼睛,所以稱之為FSR。二、HSR路由協(xié)議HSR(Hierarchical State Routing)是一種用于分級網(wǎng)絡的路由協(xié)議，高級節(jié)點保存它所有子孫節(jié)點的位置信息，沿從最高級的根節(jié)點到最低級的葉節(jié)點的路徑為節(jié)點分配邏輯序列地址，可以用序列地址進行節(jié)點尋址?！追N自組網(wǎng)路由協(xié)議的簡介一、DSDV路由協(xié)議DSDV（DestinationSequenced DistanceVector Routing）協(xié)議通過修改RIP協(xié)議而得到，它基于BellmanFord算法。 分層結(jié)構(gòu)路由 當網(wǎng)絡變得很大時，如果僅使用平面結(jié)構(gòu)路由，則每個節(jié)點要維護的路由信息量很大，路由信息到達邊緣節(jié)點也將花費很長的時間。 常用的按需驅(qū)動路由協(xié)議有DSR，AODV，TORA，LAR等。常見的表驅(qū)動路由協(xié)議有DSDV，HSR，GSR，WRP，F(xiàn)SR等。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡的經(jīng)典路由算法包括鏈路狀態(tài)協(xié)議和距離矢量兩種。選擇合適的路由協(xié)議是設計組網(wǎng)方案的重點，由于無人機的工作環(huán)境復雜多變，對不同類型的數(shù)據(jù)傳送的要求也各有不同。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。　基于MANET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。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。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。 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。第二章　無人機通信組網(wǎng)關鍵技術(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。（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。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)；。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。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。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。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 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