本發(fa)明涉(she)及(ji)(ji)無人機組網以及(ji)(ji)通信，特別(bie)是涉(she)及(ji)(ji)一種融合通感一體(ti)和二維(wei)標識的新型(xing)路(lu)由(you)方法(fa)及(ji)(ji)系(xi)統。

背景技術：

1、飛行自組織(zhi)網絡(flying?ad-hoc?networks，fanet)通常由多臺(tai)具有高(gao)機動(dong)性(xing)的(de)無人機(unmanned?aerial?vehicle，uav)組成，在復雜的(de)任務場景(jing)中會導致鏈路的(de)大幅波動(dong)，因此，有必要探索穩健的(de)拓撲感(gan)知和路由機制，以(yi)提高(gao)fanet在高(gao)動(dong)態場景(jing)下數(shu)據傳輸的(de)可靠性(xing)和有效性(xing)。

2、目前(qian)，現有的(de)(de)動(dong)(dong)態路由(you)方法依賴于gps獲取節點(即上述無(wu)人(ren)機)移動(dong)(dong)信息(xi)(xi)(xi)，然后借助控(kong)制消息(xi)(xi)(xi)包(bao)，將節點自身(shen)(shen)位(wei)置(zhi)、自身(shen)(shen)速度等移動(dong)(dong)信息(xi)(xi)(xi)傳(chuan)遞到鄰(lin)居節點，以(yi)(yi)(yi)根據移動(dong)(dong)信息(xi)(xi)(xi)對當前(qian)鏈路進行(xing)質量(liang)評估。但(dan)是，一(yi)方面(mian)，現有的(de)(de)動(dong)(dong)態路由(you)方法不適用于gps信號缺(que)失的(de)(de)場景(jing)，應用場景(jing)受限；另一(yi)方面(mian)，當無(wu)人(ren)機在執行(xing)復(fu)雜任務時，自身(shen)(shen)位(wei)置(zhi)、速度和姿態等移動(dong)(dong)信息(xi)(xi)(xi)是頻(pin)繁(fan)變化(hua)的(de)(de)，進而導(dao)致(zhi)無(wu)人(ren)機組成的(de)(de)拓(tuo)撲(pu)結構也會頻(pin)繁(fan)變化(hua)，為保(bao)證(zheng)數據傳(chuan)輸的(de)(de)可(ke)靠性(xing)和有效性(xing)，就需要(yao)節點之(zhi)間頻(pin)繁(fan)地傳(chuan)輸包(bao)含(han)移動(dong)(dong)信息(xi)(xi)(xi)的(de)(de)控(kong)制消息(xi)(xi)(xi)包(bao)，以(yi)(yi)(yi)對鏈路質量(liang)進行(xing)評估以(yi)(yi)(yi)及維護，此種情況會導(dao)致(zhi)網絡(luo)通信開銷(xiao)巨大。因此需要(yao)進一(yi)步優化(hua)。

技術實現思路

1、本發明的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)提供一種融合通(tong)(tong)(tong)感(gan)一體和(he)二(er)維標識的(de)(de)新(xin)型路由方法及系統(tong)，本發明采用通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)感(gan)知一體化技術來獲取鄰(lin)居節(jie)點的(de)(de)移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)，并(bing)提出了基于移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)的(de)(de)空間網格標識符(fu)，進而基于空間網格標識符(fu)進行鏈路評估，本發明大(da)大(da)降低(di)了通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)網絡的(de)(de)開銷(xiao)，并(bing)將應(ying)用場(chang)景(jing)擴展(zhan)至了缺失(shi)gps信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)場(chang)景(jing)。

2、為實現上(shang)述目的，本發明提(ti)供了(le)如下方案(an)：

3、第一方面，本發明提供了一種融合通感一體和二維標識的新型路(lu)由方法(fa)，所述方法(fa)包括：

4、步驟(zou)01：基于通信(xin)感(gan)知(zhi)一(yi)體化技術(shu)，獲取(qu)鄰(lin)居節點的移動信(xin)息；所述(shu)移動信(xin)息包括鄰(lin)居節點相對(dui)于本節點的速度、方(fang)位角(jiao)、仰角(jiao)和間(jian)距。

5、步驟02：根據所述移動信息(xi)確定鄰居節(jie)點的sid；所述sid為空間網格(ge)標識符。

6、步驟(zou)03：根據所述鄰(lin)居節點(dian)的(de)sid對鏈(lian)路(lu)的(de)穩(wen)定度進行評估，得到評估結果；所述鏈(lian)路(lu)為本節點(dian)和鄰(lin)居節點(dian)之間(jian)的(de)路(lu)徑。

7、步驟04：判(pan)斷所述(shu)評(ping)估結(jie)果是否低于預設鏈路穩定(ding)度閾值，得到第一判(pan)斷結(jie)果。

8、步驟05：若第一判斷結果為(wei)是，則將路徑(jing)從主路徑(jing)切(qie)換(huan)至備(bei)份路徑(jing)；所述主路徑(jing)為(wei)本(ben)節點至所述鄰居節點的(de)路徑(jing)；所述備(bei)份路徑(jing)為(wei)本(ben)節點至本(ben)節點備(bei)選下一跳(tiao)地址中節點的(de)路徑(jing)。

9、步驟(zou)06：若(ruo)第一判斷結果為(wei)否，則維持路徑不(bu)變。

10、可選(xuan)的，步驟02具體(ti)包括：

11、根(gen)據預設最窄波束(shu)ηp以及(ji)最小通(tong)信(xin)間(jian)隔設δ，確定(ding)位(wei)置空(kong)間(jian)編碼(θp，φp，ρ)；其中，θp＝鄰(lin)居節(jie)點相(xiang)對于本(ben)節(jie)點的方位(wei)角/ηp；φp＝鄰(lin)居節(jie)點相(xiang)對于本(ben)節(jie)點的仰角/ηp；ρ＝鄰(lin)居節(jie)點和本(ben)節(jie)點的間(jian)距/δ。

12、根(gen)據預設(she)最小移動角(jiao)度(du)間隔(ge)ηv以(yi)及鄰居節(jie)點(dian)相對于(yu)本節(jie)點(dian)的飛行速度(du)v，確定速度(du)空間編碼(θv，φv，v)；其中，θv＝鄰居節(jie)點(dian)相對于(yu)本節(jie)點(dian)的方位角(jiao)/ηv；φv＝鄰居節(jie)點(dian)相對于(yu)本節(jie)點(dian)的仰角(jiao)/ηv。

13、根據所述(shu)位置(zhi)空(kong)間(jian)編(bian)(bian)碼(θp，φp，ρ)和所述(shu)速(su)度空(kong)間(jian)編(bian)(bian)碼(θv，φv，v)確(que)定所述(shu)鄰居節(jie)點的(de)sid。

14、可選的(de)，步(bu)驟03具體包括：

15、根據(ju)以下公(gong)式計算(suan)鏈路(lu)穩定度，

16、dij＝λ1lqij+λ2yij+λ3sij+λ4tij+λ5mij，

17、其中，dij表(biao)示節(jie)點i和節(jie)點j之間的鏈路(lu)穩定度(du)；λ表(biao)示參(can)數計算權重(zhong)，按需(xu)進行(xing)設置(zhi)；lqij表(biao)示鏈路(lu)質(zhi)量；yij表(biao)示安全度(du)；sij表(biao)示移動預測因(yin)子；tij表(biao)示相向運動參(can)考(kao)因(yin)子；mij表(biao)示波束匹配(pei)參(can)考(kao)因(yin)子。

18、可選(xuan)的，所(suo)(suo)(suo)述(shu)安(an)全度yij、所(suo)(suo)(suo)述(shu)移動預測因子(zi)sij、所(suo)(suo)(suo)述(shu)相向運(yun)動參(can)考因子(zi)tij以及(ji)所(suo)(suo)(suo)述(shu)波(bo)束匹配(pei)參(can)考因子(zi)mij分別計算(suan)如(ru)下：

19、

20、mij＝-cosφvcosφp，

21、其中，r表(biao)(biao)示(shi)通信范圍，dij表(biao)(biao)示(shi)節(jie)點間距，vre表(biao)(biao)示(shi)節(jie)點間瞬時相對速度(du)，vmax表(biao)(biao)示(shi)節(jie)點最大移動速度(du)。

22、可選的，所述(shu)鏈路質(zhi)量lqij計算如下：

23、lqij＝γtγr；

24、其中，γt表(biao)示前向(xiang)消(xiao)息傳(chuan)遞率(lv)，γr表(biao)示反向(xiang)消(xiao)息傳(chuan)遞率(lv)。

25、可選(xuan)的(de)(de)，還包括：采用移動性預測機制，根(gen)據(ju)本(ben)節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)鄰居節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)sid，預測鄰居節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)在(zai)(zai)下(xia)一個時隙(xi)將占據(ju)的(de)(de)空間(jian)網(wang)格；如果預測到鄰居節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)在(zai)(zai)下(xia)一個時隙(xi)進入了新的(de)(de)空間(jian)網(wang)格，則根(gen)據(ju)新的(de)(de)空間(jian)網(wang)格對應的(de)(de)sid計算鏈路(lu)穩(wen)定(ding)度，以確定(ding)是否需要將主路(lu)徑切換到備份路(lu)徑。

26、可(ke)選的，還(huan)包括路由發現過程(cheng)：

27、步驟11：根據源節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)的鄰居節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)的sid，以多播的形(xing)式向(xiang)鄰居節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)發送泛(fan)洪(hong)路由請求(qiu)消(xiao)息報文；所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)泛(fan)洪(hong)路由請求(qiu)消(xiao)息報文包括源節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)的uid和(he)目標節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)的uid；所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)uid為(wei)統一身份(fen)標識符；所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)源節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)為(wei)全(quan)部節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)中的一個節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)；所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)目標節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)為(wei)接收所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)源節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)發送消(xiao)息的節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)。

28、步驟(zou)12：當(dang)鄰居節點接收到的(de)所述泛洪路由(you)請(qing)求(qiu)消息報文后，執行如下(xia)步驟(zou)：

29、步驟12.1：判斷(duan)本節點(dian)是否為目(mu)標節點(dian)，得到第一判斷(duan)結(jie)果；所(suo)述(shu)本節點(dian)為接收(shou)到的(de)所(suo)述(shu)泛洪路由請(qing)求消息報文(wen)的(de)鄰居節點(dian)；

30、步驟12.2：若(ruo)第一(yi)判斷結果(guo)為是，則向(xiang)上(shang)一(yi)級(ji)節點(dian)回復(fu)路(lu)由回應報文(wen)；所述上(shang)一(yi)級(ji)節點(dian)為向(xiang)本節點(dian)發送或轉發泛洪路(lu)由請(qing)求消息報文(wen)的鄰居節點(dian)；

31、步驟12.3：若第(di)一判(pan)斷(duan)結果為(wei)否，則判(pan)斷(duan)在本節(jie)點(dian)的路由表中是(shi)否有(you)到(dao)達所述目標節(jie)點(dian)的路由項，得到(dao)第(di)二(er)判(pan)斷(duan)結果；

32、步驟12.4：若第二判斷結果為是，則(ze)向所述上一級(ji)節點回復路由回應報文(wen)；

33、步驟12.5：若(ruo)第二(er)判斷結果為(wei)否(fou)，則以多播的形(xing)式向本節點(dian)的鄰居節點(dian)轉發泛(fan)洪(hong)路由(you)請求消息報。

34、步驟(zou)13：在本節(jie)點(dian)的鄰居節(jie)點(dian)接收到轉(zhuan)發的所述泛洪路(lu)由請求消息報文后，執行步驟(zou)12，直至到達目標節(jie)點(dian)。

35、步驟14：所述源(yuan)(yuan)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)以及中繼節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)在收(shou)到(dao)本(ben)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)鄰居(ju)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)回復的(de)路由回應(ying)報文后，分(fen)別將(jiang)本(ben)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)路由表項中的(de)目的(de)地址填充為(wei)所述目標(biao)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)uid，主選下一跳地址填充為(wei)本(ben)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)鄰居(ju)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)sid；結束路由發現過(guo)程；其中，所述中繼節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)為(wei)目標(biao)路徑上的(de)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)；所述目標(biao)路徑的(de)起(qi)點(dian)(dian)為(wei)所述源(yuan)(yuan)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)，終(zhong)點(dian)(dian)為(wei)所述目標(biao)節(jie)(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)路徑。

36、可(ke)選的，所述源節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)以及中繼節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)在收到本(ben)節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的鄰居節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)回復的路由回應報文后，還包括：

37、所述源節點(dian)以及(ji)各所述中(zhong)繼節點(dian)分別(bie)根據各自(zi)鄰居節點(dian)的sid評估鏈路的穩(wen)定度(du)。

38、選擇鏈路穩定度最高(gao)的鄰(lin)居節點(dian)(dian)(dian)的sid填充本節點(dian)(dian)(dian)的主選下一跳(tiao)地址；所述本節點(dian)(dian)(dian)為所述源節點(dian)(dian)(dian)或各所述中繼(ji)節點(dian)(dian)(dian)。

39、選擇(ze)鏈路穩定度次高的鄰居節點(dian)的sid填充本(ben)節點(dian)的備選下一跳地址。

40、可選的，所述節點采用定向天線以及(ji)使用一個收(shou)(shou)發(fa)機(ji)進(jin)行(xing)通信和感知，所述收(shou)(shou)發(fa)機(ji)工(gong)作于(yu)全雙工(gong)模(mo)式，以在(zai)發(fa)送信號的過程(cheng)中進(jin)行(xing)回波接(jie)收(shou)(shou)。

41、第二方面，本發明還(huan)提(ti)供了一(yi)種融合(he)通(tong)感一(yi)體和二維標識的新(xin)型路由系統，所(suo)述系統包括：

42、移(yi)動(dong)(dong)信息獲(huo)取模塊，用于基于通信感知一體化技術，獲(huo)取鄰居(ju)節(jie)點(dian)的(de)移(yi)動(dong)(dong)信息；所述移(yi)動(dong)(dong)信息包括鄰居(ju)節(jie)點(dian)相(xiang)對于本節(jie)點(dian)的(de)速度(du)、方位角、仰(yang)角和間距。

43、空(kong)間網(wang)格(ge)標識(shi)符(fu)計算模塊，用于根據所述移(yi)動信息確定鄰居(ju)節點(dian)的sid；所述sid為空(kong)間網(wang)格(ge)標識(shi)符(fu)。

44、鏈(lian)路穩定度評估(gu)模塊，用(yong)于(yu)根據所(suo)述鄰居節點的sid對鏈(lian)路的穩定度進(jin)行(xing)評估(gu)，得(de)到評估(gu)結果；所(suo)述鏈(lian)路為本節點和鄰居節點之(zhi)間的路徑。

45、備份(fen)路(lu)徑(jing)(jing)切(qie)換(huan)模塊，用于判(pan)斷所(suo)(suo)述(shu)評估結(jie)果是否(fou)低于預設鏈路(lu)穩(wen)定度閾值，得到第(di)一(yi)判(pan)斷結(jie)果；若第(di)一(yi)判(pan)斷結(jie)果為(wei)(wei)是，則(ze)將(jiang)路(lu)徑(jing)(jing)從(cong)主路(lu)徑(jing)(jing)切(qie)換(huan)至(zhi)(zhi)備份(fen)路(lu)徑(jing)(jing)；所(suo)(suo)述(shu)主路(lu)徑(jing)(jing)為(wei)(wei)本節(jie)點至(zhi)(zhi)所(suo)(suo)述(shu)鄰(lin)居節(jie)點的路(lu)徑(jing)(jing)；所(suo)(suo)述(shu)備份(fen)路(lu)徑(jing)(jing)為(wei)(wei)本節(jie)點至(zhi)(zhi)本節(jie)點備選下一(yi)跳地址中節(jie)點的路(lu)徑(jing)(jing)；若第(di)一(yi)判(pan)斷結(jie)果為(wei)(wei)否(fou)，則(ze)維持路(lu)徑(jing)(jing)不(bu)變。

46、根據本(ben)發明提供的具體(ti)實(shi)施例，本(ben)發明公開(kai)了(le)以下技術效果：

47、相較于(yu)現有的(de)(de)(de)動(dong)態路(lu)由(you)方(fang)(fang)法依賴gps獲取節(jie)點的(de)(de)(de)位置(zhi)(zhi)等移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)，并需(xu)(xu)要借助(zhu)控(kong)制消(xiao)息(xi)包將位置(zhi)(zhi)等移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)傳遞到鄰居(ju)節(jie)點，以進行鏈路(lu)質量評估(gu)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)式，存(cun)在頻(pin)繁變化(hua)的(de)(de)(de)無人機拓撲結構將導致網絡通(tong)(tong)信(xin)(xin)開(kai)銷(xiao)巨大(da)以及(ji)應用場景(jing)僅局限于(yu)gps可支持的(de)(de)(de)情況(kuang)的(de)(de)(de)缺陷，本發明通(tong)(tong)過將通(tong)(tong)信(xin)(xin)感(gan)知一體化(hua)技術(shu)引入路(lu)由(you)方(fang)(fang)法中(zhong)，使(shi)節(jie)點在發送信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，根據信(xin)(xin)號(hao)回波即(ji)可感(gan)知鄰居(ju)節(jie)點的(de)(de)(de)移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)，并提出了(le)一種基于(yu)節(jie)點移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)的(de)(de)(de)空間網格標(biao)識符，以及(ji)建立了(le)基于(yu)空間網格標(biao)識符的(de)(de)(de)鏈路(lu)評估(gu)方(fang)(fang)法，本發明有效克服了(le)現有的(de)(de)(de)動(dong)態路(lu)由(you)方(fang)(fang)法依賴gps獲取節(jie)點移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)以及(ji)需(xu)(xu)要借助(zhu)控(kong)制消(xiao)息(xi)包傳遞移動(dong)信(xin)(xin)息(xi)以進行鏈路(lu)評估(gu)的(de)(de)(de)缺陷，能夠大(da)大(da)降低(di)通(tong)(tong)信(xin)(xin)網絡的(de)(de)(de)開(kai)銷(xiao)，并將應用場景(jing)擴(kuo)展至(zhi)缺失(shi)gps信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)場景(jing)。