【正文】 內所有節(jié)點的全部信息及行為。十二、CBRP路由協(xié)議CBRP（cluster based routing protocol）協(xié)議是一種分層結構協(xié)議。每個節(jié)點保存一個簇成員表（clustermembertable）和路由選擇表（routingtable）.前者記錄網絡中每個節(jié)點的簇首并周期廣播更新；后者為每個簇保存一條表項，記錄通往該簇首的下一節(jié)點。在區(qū)內使用表驅動路由算法，中心節(jié)點使用區(qū)內路由協(xié)議IARP（Intrazone Routing protocol）維持一個到區(qū)內其它成員的路由表，對區(qū)外節(jié)點的路由使用按需路由，利用區(qū)間路由協(xié)議IERP(Interzone Routing protocol)建立臨時的路由。LAR協(xié)議的優(yōu)點是在小范圍內尋徑，減少了尋徑開銷；缺點是依賴GPS提供的位置信息，限制了其應用范圍。這樣，只有在尋徑范圍內的節(jié)點才轉發(fā)路由請求分組。LAR協(xié)議從GPS獲得位置信息，且每個節(jié)點需知道其它節(jié)點的平均運動速度。該算法中路由不一定是最優(yōu)的，常常使用次優(yōu)路由以減少發(fā)現(xiàn)路由的開銷。當局部鏈路發(fā)生變化時，只需要局部勢能的調整，這種改變一般不會影響到全局。離目標節(jié)點越遠的節(jié)點，勢能越高，目標節(jié)點勢能最低。其主要思想是：對于某一目標節(jié)點，網絡中每個節(jié)點都保留了相對于它的“勢能”。它分為路由發(fā)現(xiàn)，路由維護，路由消除三個過程。AODV基于雙向路徑的假設，不支持單向路徑。它與DSR協(xié)議的不同之處在于報頭并不攜帶路由信息，中繼節(jié)點依據自身的路由表逐跳轉發(fā)。如果路由失效，源節(jié)點則重新開始一個新的路由發(fā)現(xiàn)過程。和其它路由控制報文一樣，路由錯誤報文可以被中間節(jié)點監(jiān)聽到，并且根據它將中間節(jié)點中的失效路由刪除掉。 路由維護過程也需要使用緩存信息。源節(jié)點收到路由響應報文后，它將源路由存人緩存，并置入每個數(shù)據報的報頭。當路由請求到達目的節(jié)點(或者某個知道某條到達目的節(jié)點的路由的中間節(jié)點)時，它就可以決定一條到達目的節(jié)點的完整的源路由。當源節(jié)點沒有到達目的節(jié)點的路由時，它廣播一個路由請求報文。如果某個移動節(jié)點收到了新節(jié)點的HELLO信息,則把新節(jié)點信息填入路由表,并且把它自己的路由表發(fā)給新節(jié)點。如果節(jié)點沒有發(fā)送HELLO信息,則認為節(jié)點的鏈路信息無效。節(jié)點周期性或者在鏈路狀態(tài)改變的情況下交換路由表，信息更新報文中反饋節(jié)點列表中的節(jié)點需要確認其接收。五、WRP路由協(xié)議WRP(Wireless Routing Protocol) 是一種距離向量路由算法,每個節(jié)點維護距離表、路由表、鏈路開銷表和信息重傳列表。通過這種算法，可大大降低路由修改信息對網絡的負荷。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絡帶寬，針對這一缺陷，F(xiàn)SR(Fisheye State Routing)對GSR進行了修改，F(xiàn)SR的路由信息報文中并不包含所有節(jié)點的信息，因此可大大縮短報文的大小。對于每個目標節(jié)點，拓撲表記錄鏈路狀態(tài)信息和該信息的時間戳（timestamp），下一跳節(jié)點表記錄分組轉發(fā)的下一跳節(jié)點，而距離表則記錄到達目的節(jié)點的最短路徑。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。這樣所有這些目的路由指向的目的節(jié)點都有效地與此節(jié)點斷開，直到有新的序列號產生并包含新的路由信息。 當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)鏈路失效時，它將所有通過該節(jié)點轉發(fā)的路由的距離設為無窮并將其序列號加1。每個收到該廣播報文的節(jié)點將報文中的對應各目的節(jié)點的序列號與自身路由表中相應表項比較，如果報文中的序列號較高，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。DSDV在每條路由信息中加人由目的節(jié)點產生的序列號，以避免路由環(huán)。典型的分層結構協(xié)議有CGSR(Cluster head Gateway Switch Routing) 、CBRP（cluster based routing protocol）等，前者為按需驅動，否則為表驅動。成簇協(xié)議解決如何在動態(tài)分布式網絡環(huán)境下使移動節(jié)點高效地聚集成簇，它是分層路由協(xié)議的關鍵。分簇結構可以提高網絡規(guī)模和減少路由開銷，可擴展性好，符合人類管理大型系統(tǒng)的習慣，適合管理超大型網絡。對于規(guī)模較大的網絡，層次結構（基于簇）路由可以被用來解決上面的問題。平面結構路由的缺點是當網絡規(guī)模很大時，可能會導致整個網絡都充斥著路由信息報文,網絡的可擴展性差。 二、 依據網絡拓樸分類按網絡的拓樸結構分，MANET網絡路由協(xié)議可分為： 平面結構路由 在平面結構中，網絡中的所有節(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絡中，此類協(xié)議主要用在小型網絡中。這樣可將表驅動路由協(xié)議的周期性廣播限定在一個局部區(qū)域內，從而減輕由全網廣播帶來的路由負荷。 表驅動和按需驅動混合MANET無線網絡中單純采用表驅動或按需驅動路由協(xié)議都不能完全解決路由問題，因此，許多學者提出了結合表驅動和按需驅動路由協(xié)議優(yōu)點的混合式路由協(xié)議，如ZRP協(xié)議。缺點是發(fā)送數(shù)據分組時，如果沒有去往目的節(jié)點的路由，數(shù)據分組需要等待因路由發(fā)現(xiàn)引起的延時，不適合于實時性要求高的應用。因此，路由表是按需建立的，它可能僅僅是整個拓撲結構信息的一部分。按需路由一般分為路由建立和路由維護兩個過程。 按需驅動（OnDemand Driven）的路由協(xié)議與表驅動路由相反，源始發(fā)的按需驅動路由（又稱反應路由）認為在動態(tài)變化的自組網環(huán)境中，沒有必要維護去往其它所有節(jié)點的路由。而其在無需通信節(jié)點之間的路由維護則浪費了大量的網絡帶寬。 表驅動路由協(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。距離矢量算法也會導致路由環(huán)路的生成。鏈路狀態(tài)協(xié)議中每個節(jié)點都要保存整個網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。一、 依據觸發(fā)時機進行分類根據路由出發(fā)原理，目前的路由協(xié)議可分為三類： 基于路由表驅動（Table Driven）的路由協(xié)議表驅動路由（又稱先驗路由、主動路由）繼承了傳統(tǒng)的路由算法，但在消除路由環(huán)路和已過時路由等方面進行了適應于自組網特性的改進。到目前為止，已經有相當多的標準和草案推出。此外，為了保證QoS服務質量，可以采用多徑跨層路由協(xié)議算法，即以某個或多個度量的路由標準(如延時和帶寬)為依據，根據MAC層反饋的信息，如緩存隊列長度等，在存在的多條路由中選擇出一條滿足QoS的最佳路徑。在實用中，由于各個子網中的節(jié)點數(shù)量少、相對位置變化不大，可以采用表驅動方式的路由協(xié)議，使各個節(jié)點能夠實時掌握子網內所有其它節(jié)點的路由信息；而在各個子網間采用按需路由協(xié)議，通過動態(tài)網關或簇頭完成源節(jié)點到目的節(jié)點的路由發(fā)現(xiàn)過程。這幾種協(xié)議各具優(yōu)缺點，適應于不同的工作條件。根據發(fā)現(xiàn)路由的驅動模式的不同，可以將路由協(xié)議分為表驅動路由協(xié)議(Table Driven Protocols)和按需路由協(xié)議(Source—Initiated OnDemandProtocols)；根據網絡拓撲結構的差異，又可以將它們分為平面結構的路由協(xié)議(Flat Protocols)和分簇路由協(xié)議(Clustered Protocols)。比較適合移動組網的路由協(xié)議有DSR、AODV、DSDV和TORA等。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。由于無線信道本身的物理特性，它所能提供的網絡帶寬相對有線信道要低得多。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，而全網路由也可能始終處于不收斂狀態(tài)。路由協(xié)議hi移動節(jié)點互相通信的基礎。無線信道質量的不規(guī)則變化，節(jié)點的移動、加入和退出等均會引起網絡拓撲結構的動態(tài)變化。圖23所示的是無人機MANET網絡的擴展應用示意圖。圖2．2所示的是無人機MANET網絡戰(zhàn)場延伸示意圖?；竟?jié)點 無人機節(jié)點圖22 無人機戰(zhàn)場覆蓋示意圖 戰(zhàn)場延伸戰(zhàn)場延伸主要是針對遠距離目標進行偵察時，基站到目標的距離超出了單無人機的通信距離，因此需要使用多架無人機中繼來傳輸目標的偵察信號。因此，為拓展無人機的偵察能力，可以采用多無人機組成MANET網絡實現(xiàn)對整個戰(zhàn)場空間的覆蓋。 戰(zhàn)場覆蓋目前偵察無人機還處于應用基站控制單無人機對戰(zhàn)場進行偵察、監(jiān)視的階段。另一方面，節(jié)點作為路由器需要運行相關的路由協(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發(fā)。 在MANET網絡中，節(jié)點兼?zhèn)渲鳈C和路由器兩種角色。 MANET網絡可以在獨立的環(huán)境下運行，也可以是以通過網關連接到現(xiàn)有的網絡基礎設施上，如Internet或者蜂窩核心網。MANET網絡與蜂窩移動網絡有一些相似之處：終端用戶可以自由移動，用戶接入采用無線傳輸方式，接入速率低等；它和移動IP也有一些相似之處：接入點可變，需要位置管理。無人機采用無線信號傳輸技術，網絡帶寬較小，再加上競爭無線信道的沖突、信號衰減、噪聲等多種因素，使得網絡的實際帶寬遠小于理論計算的最大值。并且變化的模式和時間難以預測，因此網絡需要高效的路由協(xié)議來適應這種動態(tài)的拓撲變化，保證數(shù)據鏈路的連通。比如當網絡中某些無人機失效后，智能化的無人機通過感知網絡拓撲狀態(tài)，從而移動自身的位置，保證網絡的持續(xù)連通。無人機網絡不需要任何的預設的網絡設施，可快速展開并且自動形成網絡。 無人機MANET網的特點基站和無人機組成MANET網絡應當具有以下特點： 無中心、自組織無人機網絡中所有無人機的地位平等，沒有統(tǒng)一的控制中心，是一個分布式的網絡構架。所以,它又被稱為多跳無線網、自組織網絡、無固定設施的網絡或對等網絡。作為路由器,終端需要運行相應的路由協(xié)議,根據路由策略和路由表參與分組轉發(fā)和路由維護工作。在后一種情況中,MANET網絡通常是以末端子網的形式接入現(xiàn)有網絡。其中每個節(jié)點既可作為主機也可作為路由器使用。無人機的通信數(shù)據鏈主要由下列兩部分組成：數(shù)據鏈的機載部分,包括機載數(shù)據終端(ADT)和天線；數(shù)據鏈的地面部分，也稱地面數(shù)據終端(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。這種數(shù)據鏈被稱為“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)據鏈。第五章 結論：本章是對全文工作的總結以及對未來工作的展望。第三章 無人機通信組網方案設計：本章針對IP920電臺的技術指標和工作模式設計了幾種組網方案，對這幾種組網方案的優(yōu)缺點進行分析評估，得到不同情況下的最優(yōu)組網方案，并研究了不同組網方案之間進行相互變換的變換準則。論文組織結構安排如下：第一章 緒論：本章明確論文選題的背景、意義，介紹國內外無人機無人機組網通信的發(fā)展現(xiàn)狀。（3）以IP920數(shù)傳電臺為載體進行無人機通信組網實驗，分析各組網方案的數(shù)據傳輸性能。無人機型號數(shù)據鏈工作頻率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 美國現(xiàn)役無人駕駛飛機使用的通信技術統(tǒng)計表圖11 用于執(zhí)行作戰(zhàn)任務的部分無人機圖1 1 本課題所使用的中小型無人機“開拓者” 指標參數(shù)機身尺寸，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)航時間120min飛行速度平飛時速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)動機3W 56iB2，97無鉛汽油傳感器GPS、加速計、陀螺儀、磁力計、氣壓計表1 1 “開拓者”無人機參數(shù)　研究內容與組織結構圖12 論文的組織結構論文主要研究的內容包括以下4點：（1）明確無人機通信組網的研究背景和意義，深入學習已有組網方案和組網技術，了解各種技術的適用環(huán)境和優(yōu)缺點，并對這些技術進行總結比較和優(yōu)劣分析。根據《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如表11所示。例如2005年，美國主管F／A22的機構認為：由于LINK16的帶寬有限，無法滿足F／A22向外傳輸大量數(shù)據的需求，因此準備轉向為“猛禽”戰(zhàn)斗機裝備的基于“戰(zhàn)術目標瞄準網絡技術”。LINK16數(shù)據鏈提供了一種抗干擾、安全的數(shù)字數(shù)據傳輸，采用標準的波形和數(shù)據格式，允許進行機動空中通信。