[发明专利]一种无人机自组织网络的路由建立方法及系统

说明书

一种无人机自组织网络的路由建立方法及系统，路由建立方法包括以下步骤：预定义默认分簇策略，基于默认分簇策略进行网络分簇，得到初始网络簇结构；基于强化学习设计无人机自组织网络的路由动态调整模型；对各网络节点设置基于网络拓扑稳定性的惩罚函数，各网络节点反馈惩罚函数的输出，根据反馈信息动态更新路由动态调整模型，并选取最优分簇策略提供给各网络节点；获取稳定的基于分簇的簇结构，建立各网络节点的路由。本发明能够针对无人机网络运行阶段网络状态的动态变化自适应的调整分簇策略，从而延长网络的生命周期，并提高网络拓扑的稳定性以及节点间的路由稳定性，降低了通信时延。

技术领域

本发明属于电子信息领域，具体涉及一种无人机自组织网络的路由建立方法及系统。

背景技术

无人机自组织网络(Unmanned Ad-hoc Vehical Network)是一种应用自组织网络(Mobile Ad-hoc Networks,MANETs)技术的无人机网络，具有独立组网、自组织、动态拓扑、无约束移动、多跳路由技术等特点。这些特点使无人机自组织网络近年来在民用与军用领域均得到了广泛关注，其应用领域包括地质勘测、气象探测、通信中继等、无人机协同作战、侦察等。多无人机协同完成任务已经成为未来无人机的重要发展方向，在多无人机协同任务系统中，各无人机间的路由协议成为一个重要的研究问题。传统的无人机路由协议不具有自适应性，无法满足异构无人机在高度动态环境下的路由策略动态调整需求，在异构无人机组网、任务复杂的情况下面临网络生存时间短、孤立簇多等问题，从而无法支持异构无人机在动态、复杂情境下执行复杂任务。因此，设计一种适用于动态复杂网络环境下的异构无人机自组织网络的路由协议具有重要的意义。现有的无人机自组织网络的体系架构可以分为两类，分别是平面网络结构与分级网络结构，相应的路由协议也可以分为不分层次路由协议与分层次路由协议。在分层次路由协议中，首先需要将网络中所有无人机节点划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，簇头形成高一级的网络，同一簇内的节点通过簇头实现簇内通信，不同簇的节点间通过簇头转发数据进行簇间通信。分簇过程主要包含簇头选举，簇选择与簇维护三个部分。现有分簇算法的基本思路均为分析对路由性能有影响的因素，然后对这些因素进行加权求和运算，根据各节点的计算结果来选取簇头节点并确定簇内节点。在整个网络生存期间，计算时选取的各因素的权重因子均为常数，不会随着网络状况的改变进行相应调整，使得这些分簇协议可以在网络节点与网络拓扑满足这些协议所假设的条件下取得预期效果，无法满足异构无人机自组织网络(即网络节点所拥有的能量、耗电率、速率、方向等参数均不同)在动态网络下(即网络节点地理分布、链路强度等网络参数动态变化)执行任务时希望确保网络生存时间长、拓扑稳定、低时延与低丢包率等路由需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中异构无人机自组织网络难以满足动态复杂网络环境下对路由需求的问题，提供一种无人机自组织网络的路由建立方法及系统，能够针对无人机网络运行阶段网络状态的动态变化自适应的调整分簇策略。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种无人机自组织网络的路由建立方法，包括以下步骤：

预定义默认分簇策略，基于默认分簇策略进行网络分簇，得到网络的初始簇结构；

基于强化学习设计无人机自组织网络的路由动态调整模型；

对各网络节点设置基于网络拓扑稳定性的惩罚函数，各网络节点反馈惩罚函数的输出，根据反馈信息动态更新路由动态调整模型，并选取最优分簇策略提供给各网络节点；

获取稳定的基于分簇的簇结构，建立各网络节点的路由。

作为本发明路由建立方法的一种优选实施例，预定义默认分簇策略时，假设无人机自组织网络拥有N个节点，每个节点具有独一无二的身份标识，对于第i个节点，其身份标识记为ID_i；对于身份标识记为ID_i的任意节点，与其相关的记号如下：