【正文】 具體配置如下：圖4 7圖4 8 DiscoverIP發(fā)現(xiàn)情況用A、B電臺(tái)互ping，得到如下結(jié)果：Ping的方向平均時(shí)延最大時(shí)延最小時(shí)延A ping B5410567B ping A279249表4 13) Peer to Peer（P2P）模式將電臺(tái)A、C設(shè)置為從機(jī)，電臺(tái)B設(shè)置為主機(jī)，具體配置如下：圖45 電臺(tái)A配置圖46 電臺(tái)B配置圖47 電臺(tái)C配置圖4 9 DiscoverIP發(fā)現(xiàn)情況該模式下，主機(jī)不能與從機(jī)進(jìn)行通信，故測(cè)試從機(jī)之間相互通信的性能。圖4 5在E、F距離為10米時(shí)用筆記本電腦D通過電臺(tái)F ping電臺(tái)D，得到如下結(jié)果：圖4 6 電臺(tái)F與電臺(tái)D通信情況可以看出，MANET網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳遞方面具有良好的性能，網(wǎng)絡(luò)延遲很小，而且沒有丟包的現(xiàn)象發(fā)生。具體參數(shù)設(shè)置如下：設(shè)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(tái)AIPnano電臺(tái)BYIxiaodi電臺(tái)CIPnano1表42 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置其中筆記本電腦A與電臺(tái)A、筆記本電腦B與電臺(tái)B、筆記本電腦C與電臺(tái)C分別通過網(wǎng)線互相連接配對(duì)，模擬三對(duì)地面站和無人機(jī)的組合。在實(shí)驗(yàn)中，控制了電臺(tái)位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、外界干擾程度等環(huán)境因素保持不變，分別測(cè)試了電臺(tái)工作在每種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的空載數(shù)據(jù)傳輸性能，并對(duì)其間的差異做了簡(jiǎn)要的分析。當(dāng)無人機(jī)執(zhí)行偵查拍攝等任務(wù)時(shí)，由于鏈路所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，應(yīng)當(dāng)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(dòng)的路由協(xié)議；當(dāng)無人機(jī)執(zhí)行飛行難度較大、對(duì)飛行路徑精確性要求很高的任務(wù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)犧牲路由開銷方面的性能要求，采用路由時(shí)延小的組網(wǎng)模式及路由協(xié)議，此時(shí)按需路由將不再適合網(wǎng)絡(luò)通信。此時(shí)必須采用群首生成算法生成新的群首，如最小ID算法；當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入分級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須按照分群算法的規(guī)則進(jìn)行群首判斷，若節(jié)點(diǎn)符合群首條件，則原有的群必須做出調(diào)整，組成新的群。當(dāng)機(jī)群由于節(jié)點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目大于一定的閾值時(shí)，可以將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)升級(jí)為高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 無人機(jī)在不同情況下的網(wǎng)絡(luò)變換準(zhǔn)則由于無人機(jī)編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)時(shí)外部環(huán)境和任務(wù)內(nèi)容復(fù)雜多變，其編隊(duì)隊(duì)形、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(jī)編隊(duì)在不同情況下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變換設(shè)計(jì)一定的規(guī)則，即變換準(zhǔn)則。其具體結(jié)構(gòu)如圖34：兩跳內(nèi)節(jié)點(diǎn) 中心節(jié)點(diǎn) 兩跳外節(jié)點(diǎn)圖34 混合路由驅(qū)動(dòng)模型當(dāng)采用分級(jí)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式時(shí)，由于群內(nèi)節(jié)點(diǎn)所占比重要遠(yuǎn)多于群首節(jié)點(diǎn)，分級(jí)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式可以大大節(jié)省群內(nèi)的路由開銷，提高網(wǎng)絡(luò)性能。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)采用表驅(qū)動(dòng)路由能夠使節(jié)點(diǎn)快速地與區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提高小范圍內(nèi)無人機(jī)的靈敏性。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，且規(guī)模較小，路由發(fā)現(xiàn)的時(shí)間可以得到最大程度的縮短，故采用按需驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議更加能夠節(jié)省網(wǎng)絡(luò)信道資源；另外，能源消耗情況是必須考慮的一個(gè)方面，結(jié)合各路由協(xié)議的能源消耗性能，平面結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)模式應(yīng)盡量采用DSR路由協(xié)議。因此，針對(duì)無人機(jī)群的特點(diǎn)，在無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)中，適合選擇分級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)淇刂蒲芯俊?群首節(jié)點(diǎn)任務(wù)相對(duì)較重，可能會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。 易擴(kuò)充，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不受限制。分級(jí)結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)有： 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限，可擴(kuò)充性差。其結(jié)構(gòu)圖如下：群首 網(wǎng)關(guān) 群成員圖33 分級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖 各組網(wǎng)模式的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)估根據(jù)兩種組網(wǎng)方案的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)組網(wǎng)模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估如下。在高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，又可以分群，再次形成更高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級(jí)?？罩芯W(wǎng)絡(luò)中各無人機(jī)可以互相通信，采用平面結(jié)構(gòu)的MANET網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)距離的無人機(jī)采取多跳通信的通信方式。VIPn2400電臺(tái)則不存在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)置，只需要將電臺(tái)的工作模式配置正確，無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)就能正常運(yùn)行。前三種模式與Nano IP920電臺(tái)基本一致，這里介紹一下Mesh point模式。添加一個(gè)中繼器會(huì)使網(wǎng)絡(luò)吞吐量減半，但繼續(xù)增加更多的中繼器不會(huì)使網(wǎng)絡(luò)吞吐量繼續(xù)減小。圖31 Nano IP920電臺(tái)（左）和VIPn2400電臺(tái)（右）　Nano IP920電臺(tái)和VIPn2400電臺(tái)的性能指標(biāo)工作頻率 902 – 928MHz 擴(kuò)頻方式 跳頻 無線波特率 172Kbps 檢錯(cuò) 冗余多項(xiàng)式(32bit CRC), 自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ） 加密方法 有線等效保密/網(wǎng)路保護(hù)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(luò)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，前向重復(fù)器，對(duì)等網(wǎng)絡(luò) 診斷方式 電壓駐波比（VSWR），電池電壓，溫度，接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）,遠(yuǎn)程診斷 抑制 優(yōu)良的抗強(qiáng)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(rèn)證 FCC , IC RSS210 表3 1 Nano IP920電臺(tái)性能表工作頻率 – 擴(kuò)頻方式 跳頻 無線波特率 54Mbps 檢錯(cuò) 冗余多項(xiàng)式(32bit CRC), 自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ） 加密方法 WEP,WPA,WPA2 MAC認(rèn)證,RADIUS服務(wù)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(luò)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(diǎn),站點(diǎn),中繼器,Ad hoc,MESH 診斷方式 狀態(tài)顯示,遠(yuǎn)程診斷，鏈接測(cè)試抑制 優(yōu)良的抗強(qiáng)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(rèn)證 FCC 表3 2表32 VIPn2400電臺(tái)性能表　Nano IP920電臺(tái)與VIPn2400電臺(tái)工作模式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)介一、電臺(tái)工作模式Nano IP920電臺(tái)有三種工作模式，即Master模式、Repeater模式和Remote模式。根據(jù)以上機(jī)間鏈路的特點(diǎn)，我們要求機(jī)間鏈路應(yīng)當(dāng)具有較小的路由時(shí)延和較低的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，機(jī)群網(wǎng)絡(luò)要具有較好的抗毀傷性能，且機(jī)間數(shù)據(jù)傳遞要盡可能地節(jié)約能源，以延長(zhǎng)無人機(jī)的滯空時(shí)間。 鏈路固定。 分布式，節(jié)點(diǎn)既是路由器，又是主機(jī)。 信息多，易擁塞。 各種條件下對(duì)無人機(jī)組網(wǎng)的要求首先介紹一下無人機(jī)通信鏈路的特點(diǎn)。2)無人機(jī)向基站按需發(fā)送偵察視頻、圖片、聲音信號(hào)。4)基站通信能力較強(qiáng)，但在遠(yuǎn)距離上定向天線有一定的通信角度。4)如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在一跳或多跳連接，則兩者的通信需要多跳路由。一、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1)G=形助表示一個(gè)無人機(jī)移動(dòng)自組網(wǎng)，y表示無人機(jī)和基站節(jié)點(diǎn)集合。每個(gè)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)全向天線，其通信半徑為R，但是當(dāng)無人機(jī)在基站的近距離全向通信范圍內(nèi)或遠(yuǎn)距離定向通信范圍內(nèi)時(shí)，可認(rèn)為無人機(jī)能與基站通信，因?yàn)榛镜耐ㄐ叛b置的靈敏度更高。首先介紹了無人機(jī)通信系統(tǒng)及其構(gòu)成；接著介紹了無人機(jī)MANET無線自組網(wǎng)技術(shù)，并對(duì)其典型應(yīng)用進(jìn)行了分析；最后對(duì)MANET自組網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行了研究，并對(duì)幾種常用的協(xié)議進(jìn)行了介紹，還從三個(gè)方面比較了各協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)。而在能源消耗方面，表驅(qū)動(dòng)協(xié)議和按需驅(qū)動(dòng)協(xié)議各有優(yōu)勢(shì)。而在所有的測(cè)試場(chǎng)景中，DSDV的能量消耗變化一直都比較平滑，這是由于它是表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的緣故。 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(luò)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。實(shí)際上，自組網(wǎng)總是要工作在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兏^慢的情況下，因?yàn)楫?dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快到一定程度時(shí)，任何基于路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)已經(jīng)成為不可能，泛洪(flooding)方式成為數(shù)據(jù)包傳輸?shù)奈ㄒ贿x擇，而泛洪將會(huì)耗費(fèi)大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。一、 路由時(shí)延性能比較根據(jù)表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的工作機(jī)理，可以發(fā)現(xiàn)，表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議在路由時(shí)延上有較大的優(yōu)越性。 性能比較衡量路由協(xié)議好壞的兩個(gè)重要指標(biāo)是路由發(fā)現(xiàn)延遲和路由開銷。簇首節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)毗鄰簇并由此尋找路由。處于兩個(gè)以上簇首通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，簇首之間必須通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)通信。十、ZRP路由協(xié)議 ZRP（zero routing protocol）協(xié)議是一個(gè)表驅(qū)動(dòng)和按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的組合，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)以自己為中心的虛擬區(qū)。在路由請(qǐng)求分組中攜帶尋徑范圍信息，尋徑范圍依據(jù)位置信息和節(jié)點(diǎn)平均運(yùn)動(dòng)速度而得到。TORA協(xié)議的主要特點(diǎn)是控制報(bào)文定位在最靠近拓?fù)渥兓囊恍〔糠止?jié)點(diǎn)處，因此節(jié)點(diǎn)只保留鄰近點(diǎn)的路由信息。勢(shì)能可以通過從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的反向廣播來獲得。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(chǔ)上提出的一種按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議。 七、AODV路由協(xié)議AODV（MANET On demand Distance Vector Routing）協(xié)議是在DSDV協(xié)議的基礎(chǔ)上結(jié)合類似DSR中按需驅(qū)動(dòng)的思想而提出的。如果數(shù)據(jù)報(bào)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(diǎn)用緩存中的可用路由來代替報(bào)頭中含有失效鏈路的路由，同時(shí)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)路由錯(cuò)誤報(bào)文。目的節(jié)點(diǎn)(或中間節(jié)點(diǎn))將所得的源路由包含在路由響應(yīng)報(bào)文中，然后沿著所得路由反向發(fā)送回源節(jié)點(diǎn)，也可以附帶在目的節(jié)點(diǎn)的路由請(qǐng)求報(bào)文中。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(dòng)路由協(xié)議。如果從上次廣播更新報(bào)文后節(jié)點(diǎn)沒有新的路由信息需廣播，則其需發(fā)送HELLO報(bào)文，以確認(rèn)節(jié)點(diǎn)之間的連通性。這種算法的拓?fù)浣M織結(jié)構(gòu)像魚的眼睛,所以稱之為FSR。當(dāng)鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過比較報(bào)文與本地拓?fù)浔碇械哪康墓?jié)點(diǎn)路由序列號(hào)大小，決定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔淼男薷?，若拓?fù)浔戆l(fā)生變化則廣播給其它節(jié)點(diǎn)。二、HSR路由協(xié)議HSR(Hierarchical State Routing)是一種用于分級(jí)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，高級(jí)節(jié)點(diǎn)保存它所有子孫節(jié)點(diǎn)的位置信息，沿從最高級(jí)的根節(jié)點(diǎn)到最低級(jí)的葉節(jié)點(diǎn)的路徑為節(jié)點(diǎn)分配邏輯序列地址，可以用序列地址進(jìn)行節(jié)點(diǎn)尋址。在序列號(hào)相等但是報(bào)文中路由距離更小的情況下，節(jié)點(diǎn)也要更新自己的路由表?！追N自組網(wǎng)路由協(xié)議的簡(jiǎn)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。 分層協(xié)議主要包括成簇協(xié)議，簇維護(hù)協(xié)議，簇內(nèi)路由算法和簇間路由協(xié)議。 分層結(jié)構(gòu)路由 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變得很大時(shí)，如果僅使用平面結(jié)構(gòu)路由，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)要維護(hù)的路由信息量很大，路由信息到達(dá)邊緣節(jié)點(diǎn)也將花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間?；旌下酚蓞f(xié)議實(shí)現(xiàn)了按需路由協(xié)議和表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議強(qiáng)弱互補(bǔ)，具有相對(duì)低的帶寬消耗和路由發(fā)現(xiàn)延遲。 常用的按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議有DSR，AODV，TORA，LAR等。它僅在需要給目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文而又沒有去往目的節(jié)點(diǎn)路由的時(shí)候才按需進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。常見的表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議有DSDV，HSR，GSR，WRP，F(xiàn)SR等。路由環(huán)路問題在無線環(huán)境下表現(xiàn)地更為明顯，所以繼承傳統(tǒng)路由協(xié)議的表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議需在此方面進(jìn)行了改進(jìn)。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典路由算法包括鏈路狀態(tài)協(xié)議和距離矢量?jī)煞N?！o線自組網(wǎng)路由協(xié)議的分類由于自組網(wǎng)路由協(xié)議對(duì)自組網(wǎng)的重要性，它成了研究的一個(gè)熱點(diǎn)。選擇合適的路由協(xié)議是設(shè)計(jì)組網(wǎng)方案的重點(diǎn)，由于無人機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜多變，對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)傳送的要求也各有不同。在寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)不定時(shí)的隨機(jī)移動(dòng)