發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 20:28

　　 隨著我國(guó)對(duì)于海洋事業(yè)的大力支持,海上作業(yè)對(duì)于無(wú)線通信技術(shù)的需求逐漸增加,但是對(duì)于海洋互聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于初級(jí)階段。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和區(qū)域的遼闊性使得傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad Hoc Network)無(wú)法在海洋場(chǎng)景下得到較好的使用,為了解決這個(gè)問(wèn)題,多個(gè)小型無(wú)人機(jī)組成的自組織網(wǎng)絡(luò)FANETs(Flying Ad Hoc Networks)以其極佳的經(jīng)濟(jì)前景、較高的靈活性和完成任務(wù)時(shí)的迅捷性在海洋巡邏和海洋搜救等應(yīng)用中獲得了極大的優(yōu)勢(shì)。其中,路由協(xié)議作為一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù),通過(guò)不同的節(jié)點(diǎn)分布情況確定不同的數(shù)據(jù)傳輸路徑,然而由于FANETs中UAV(Unmanned Aerial Vehicle)節(jié)點(diǎn)的高移動(dòng)性與短連接性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓�更加頻繁,使得傳統(tǒng)自組織網(wǎng)中的路由協(xié)議無(wú)法在FANETs中很好的應(yīng)用。因此,本文依據(jù)FANETs自身的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)的路由協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化,以其能更好地應(yīng)用于海洋環(huán)境,具體工作如下:首先,通過(guò)對(duì)海洋FANETs的網(wǎng)絡(luò)特征和傳統(tǒng)路由協(xié)議的分析,選擇OLSR(Optimized Link State Routing Protocol)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)研究。針對(duì)FANETs網(wǎng)絡(luò)在海洋場(chǎng)景下的特點(diǎn)使用最優(yōu)鏈路質(zhì)量指標(biāo)ETX(Expected Transmission Count)進(jìn)行度量,即OLSR-ETX協(xié)議。然后,提出了基于節(jié)點(diǎn)鏈路到期時(shí)間和剩余能量的最優(yōu)MPR(Multi Point Relay)集選擇算法。一方面,由于傳統(tǒng)的OLSR協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)的連接度選擇MPR,而FANETs中節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化快、鏈路連接時(shí)間短的特點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致連接度較高的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)出通信范圍。因而本文考慮通過(guò)UAV的速度和相對(duì)位置來(lái)預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的鏈路到期時(shí)間(Link Expiration Time),以此重新計(jì)算ETX指標(biāo)。另一方面,由于小型無(wú)人機(jī)有效載荷的局限性使其需要足夠的電池容量,因而通過(guò)引入一個(gè)能量閾值來(lái)避免選擇能量不足的節(jié)點(diǎn)為MPR。使用NS-3(Network Simulator 3)完成的網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果表明,新算法較原算法有一定的性能優(yōu)化。最后,提出了基于遺傳算法的HELLO信息傳輸。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)OLSR協(xié)議在海洋FANETs中發(fā)送HELLO數(shù)據(jù)包時(shí)所設(shè)定的固定時(shí)間間隔值,有可能導(dǎo)致不必要的網(wǎng)絡(luò)開銷問(wèn)題,提出使用遺傳算法優(yōu)化HELLO消息的傳輸間隔。隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠?yàn)镠ELLO消息的發(fā)送時(shí)間間隔選擇最佳的參數(shù),以此希望在不降低數(shù)據(jù)包的成功接收率的情況下進(jìn)一步的減少端到端的延遲和網(wǎng)絡(luò)路由的開銷。NS-3仿真結(jié)果表明,經(jīng)由遺傳算法優(yōu)化后的OLSR-ETX協(xié)議能夠節(jié)省約百分之十的開銷。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5;P756.6
【部分圖文】：

ＦＡＮＥＴｓ，它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是無(wú)人機(jī)、地面基站或者衛(wèi)星，多個(gè)小型ＵＡＶ組成??的自組織網(wǎng)絡(luò)，并只通過(guò)其中的一個(gè)子集與地面基站或者衛(wèi)星通信。一個(gè)簡(jiǎn)單的??ＦＡＮＥＴｓ模型如圖２－１所示。對(duì)于ＦＡＮＥＴｓ的研宄雖然才剛剛有一定的頭緒，但??關(guān)于無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的研宄己經(jīng)得到了極大的發(fā)展，飛行自組織網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)??自組織網(wǎng)絡(luò)在無(wú)人機(jī)方面的應(yīng)用，作為其中的一員，它有著移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的基??本特征，同時(shí)也有著自身的一些的特性。因此，對(duì)于ＦＡＮＥＴｓ中路由協(xié)議的改進(jìn)??研究，不僅要依據(jù)ＦＡＮＥＴｓ自身獨(dú)特的特點(diǎn)，還要借鑒ＭＡＮＥＴｓ中相關(guān)路由協(xié)??議的己有的研究成果。本章主要是關(guān)于海洋ＦＡＮＥＴｓ相關(guān)的技術(shù)研究，主要從移??動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)、海面?zhèn)鞑ツＰ秃蜔o(wú)人機(jī)ＵＡＶ的特性等３方面介紹ＦＡＮＥＴｓ的特??點(diǎn)，然后概括總結(jié)了一些常見的自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，并深入了解了?ＯＬＳＲ協(xié)??議，從而分析了選擇ＯＬＳＲ－ＥＴＸ協(xié)議的理由，對(duì)后面的研究工作提供一定的理??論基礎(chǔ)。??

字助手等等。它們可以充當(dāng)運(yùn)行各種用戶類應(yīng)用程序并收發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的主機(jī)的角??色；也可以充當(dāng)通過(guò)運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議［１６］進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組轉(zhuǎn)發(fā)的路由器的角??色。一個(gè)簡(jiǎn)單的ＭＡＮＥＴｓ的模型圖如圖２－２所示。??ｍｍｍｍ??＾?Ｐ〇Ａ?□??ＣｅＵ?Ｐｈｏｎｅ?參??圖２－２簡(jiǎn)單的ＭＡＮＥＴｓ模型圖??因此，概括說(shuō)來(lái)，ＭＡＮＥＴｓ主要包括以下特點(diǎn)：??１．自組織無(wú)中心。它沒有類似基站或衛(wèi)星控制站等控制中心，節(jié)點(diǎn)可以自發(fā)??６??

采用相應(yīng)的路由協(xié)議確定更優(yōu)的傳輸路徑，路徑選擇的好壞會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的??效率產(chǎn)生一定的影響。就目前而言，無(wú)線路由協(xié)議［２３］根據(jù)不同的分類原則數(shù)量眾??多，并且還有新的路由協(xié)議在不斷的被研究。如圖２－４所示，無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)??絡(luò)的路由協(xié)議主要分為以下三類［２４］：??Ａｄ?Ｈｏｃ路由協(xié)議???；；???｜???基于地理位置路由?基于廣播路由?基于拓?fù)渎酚???ｆ??????ｙ?ｆ??ＧＰＳＲ、ＧＳＲ、ＧＰＣＲ、Ａ－ＳＴＡＲ?ＣＡＩＤ、ＭＨＶＢ、ＲＥＡＰ?先應(yīng)式?混合式?反應(yīng)式??—?——?ＩＩＩ??ＯＬＳＲ、ＤＳＤＶ?ＺＲＰ、ＣＢＲＰ?ＡＯＤＶ、ＤＳＲ??圖２－４無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類??１．基于地理位置的路由協(xié)議。在這類路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)是通過(guò)定位系統(tǒng)如全??球定位系統(tǒng)來(lái)知曉地理位置信息從而確定下一跳節(jié)點(diǎn)以此進(jìn)行通信。這種方式使??得每個(gè)節(jié)點(diǎn)不用去專門的存儲(chǔ)路由表，也不用進(jìn)行路由維護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)路由信息的更??新。一般條件下，節(jié)點(diǎn)要么通過(guò)節(jié)點(diǎn)自身將位置信息向全網(wǎng)范圍內(nèi)廣播的方式，??要么通過(guò)向位置服務(wù)器查詢存儲(chǔ)的位置信息的方式，以此來(lái)獲得其他節(jié)點(diǎn)地理位??置。它主要適合在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的不穩(wěn)定的場(chǎng)景下，但同時(shí)由于定位系統(tǒng)可??能會(huì)存在一定的時(shí)延，會(huì)有定位信息不夠及時(shí)精確的問(wèn)題存在。它主要包括??ＧＰＳ
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