[发明专利]无人机通信网络联合路由协议的设计方法

权利要求书

1.一种无人机通信网络联合路由协议的设计方法，其特征在于，为无人机节点建立前回队列模型FWBQ，根据FWBQ模型计算各链路的两个节点的前向队列和后向虚拟队列的队列拥塞；所述方法包括：

(一)设计联合路由决策，具体是：

求取链路的回压力：计算该链路上两节点的前向队列与后向虚拟队列中数据分组的个数差值得到；所述的求取链路的回压力具体是：设发射节点为i、接收节点为j的链路l_ij，根据FWBQ模型计算得到发射节点i的前向队列的队列拥塞为q_i,j，接收节点j的后向虚拟队列的队列拥塞为v_i,j，则在t时刻链路l_ij的回压力BP_ij(t)计算如下：

BP_ij(t)＝q_i,j(t)-v_i,j(t)

进一步，计算获得链路l_ij的队列瞬时功率如下：

其中，u_i,j(t)为链路l_ij上分配的传输速率；

计算获得链路l_ij的传输瞬时功率PB_ij(t)如下：

PB_ij(t)＝(h_i(t)-h_j(t))×u_i,j(t)

其中，h_i(t)表示节点i到目的基站的最少跳数，h_j(t)表示节点j到目的基站的最少跳数；

则链路l_ij的联合路由决策值R_i,j(t)计算如下：

R_i,j(t)＝P_lij(t)+PB_ij(t)＝(q_i,j(t)-v_i,j(t))×u_i,j(t)+(h_i(t)-h_j(t))×u_i,j(t)；

定义并求取链路的队列瞬时功率和传输瞬时功率；其中，链路的队列瞬时功率为该链路的回压力与传输速率的乘积；链路的传输瞬时功率为该链路两端点到目的基站的最少跳数的差值与传输速率的乘积；

所设计的联合路由决策是将链路的队列瞬时功率和传输瞬时功率求和；根据最大的联合路由决策值选择下一跳的无人机，并为对应链路的发射节点分配发射功率，向选取的下一跳无人机传输数据分组；

(二)添加新的数据分组包头，具体是：在数据分组的包头中添加如下字段：当前无人机的队列拥塞长度、当前无人机到目的基站的最短跳数；

(三)采用被动式邻居发现策略，具体是：开启各个无人机的监听模式，通过监听信道的方式获得当前无人机的邻居信息，包括无人机的队列拥塞长度、无人机到目的基站的最短跳数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的新的数据分组包头，设计包括3个32位的字段：队列拥塞长度、上一跳节点地址和跳数字段；队列拥塞长度字段存储节点的后向虚拟队列的队列拥塞值；跳数字段存储节点与目的基站之间的最少跳数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的联合路由协议的设计方法基于联合路由决策的一个实现过程如下：

步骤1，计算网络中任意一条链路间的路由决策值；

步骤2，为网络中的任意一个转发节点寻找下一跳节点；在转发节点的邻居节点中，寻找之间链路的路由决策值最大的邻居节点，作为下一跳节点；

设转发节点为发射节点i，节点i与邻居节点j的链路在t时刻的路由决策值为R_i,j(t)，设找到的下一跳节点为j^*，表示如下：

其中，N_i表示节点i的邻居节点的集合；

步骤3，为找到的一对发射节点和接收节点中的发射节点分配发射功率，传输数据分组。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤3，具体是：对于发射节点i，在根据路由决策值找到下一跳节点j^*后，将以全功率发射信号；标记节点i与节点j的链路上在t时刻的传输速率为u_i,j(t)，如下：

其中，s_ij(t)为链路的状态；p_i(t)表示分配给发射节点i的功率，当j＝j^*时，p_i(t)＝P_t，否则p_i(t)＝0；P_t是节点i的发射功率。