国家级虚拟仿真实验教学一流本科课程《无人机集群技术》第五章无人机集群路由技术

目录5.1路由协议的设计要求5.2经典的路由协议5.3时延容忍网络路由协议5.4网络拓扑重构技术5.5本章小结

5.1路由协议的设计要求

无人机集群网络协议体系结构：无人机集群网络分层网络层主要负责将数据封装成包并选择合适的路径进行传送，还负责网络管理工作为了实现高效可靠的组网，必须设计合适的路由协议，路由的好坏很大程度上影响网络的性能，路由技术是FANET中的一个核心。45.1

路由协议的设计要求路由协议主要包括三项核心功能：路径生成：网络状态信息和用户业务状态信息的收集与分发是该过程的主要内容；路径选择：根据网络状态信息和用户业务状态信息在众多路径中选择最合适的路径；路径维护：当路径产生问题或者路径中的某个节点发生故障时，对当前路径做出相应的补救措施。路由协议：负责指定数据分组通过何种转送方式从源节点转发到目的节点，满足应用需求的同时尽量降低网络开销。通常把自组网路由协议中的路径生成与选择一起称作路由发现过程55.1

路由协议的设计要求与分类传统有线网络路由协议的分类根据路由信息产生的方式：直连路由静态路由动态路由34动态路由协议按算法分类：距离矢量链路状态12根据目标个数不同，协议类型有：点对点（单播协议）多点通信（IP多播协议）根据作用范围分类有：内部网关协议外部网关协议65.1

无人机集群的特点与需求无人机集群的特点：1.节点移动性强：一般情况下，无人机节点属于空中节点，其速度大约为30~460km/h，不易受到地形因素的制约；2.节点密度低：无人机节点在空中分散分布，节点间距离大都较远，一定空域内无人机节点的密度是比较低的；3.动态拓扑：由于以上两个特点，链路的稳定性通常较差，随时都可能发生链路断裂和网络拓扑的改变；4.带宽受限：网络中节点之间的数据传输完全通过节点天线建立的无线链路完成，不存在基站等设施的中转，实际可利用的带宽比较有限； 5.去中心：在不分级的情况下，无人机地位相等，一方面运行应用程序，另一方面参与分组转发，不存在集中管理的中心节点；75.1

无人机集群的特点与需求无人机集群的特点：6、单向链路：由于无人机高速移动、链路质量变化、发射功率的限制，会造成单向的无线传输信道，基于双向链路的路由选择算法实现效果不佳；7、能量受限：应用于集群飞行的无人机依赖电池供电，普遍飞行时间较短，能耗问题也是提升性能的主要瓶颈之一；8、QoS要求：无人机集群基于应用而组成，往往需要关注延迟、丢包、抖动等指标，以确保应用的最低QoS要求； 9、安全问题：无人机自组网中节点共享信道资源，容易受到窃听、入侵等安全攻击，必要时需要使用安全加密、认证授权和密钥管理等安全技术。85.1

理想的路由算法1.算法必须是正确的。2.算法在计算上应简单有效。3.算法应具有稳定性。4.算法应是最佳的。5.算法应具有稳健性。6.算法应具有公平性。一个理想的路由选择算法，应尽可能满足以下六个方面的要求。但在不同的实际应用场景下，对六个方面的要求又各有侧重。95.1

最佳路由协议不存在一种绝对的最佳路由算法。所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。105.1

路由算法的分类静态路由选择策略——即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。动态路由选择策略——即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。分层次的路由选择协议若网络的规模较大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使网络的通信链路饱和。115.1

路由协议的分类路由协议的分类根据路由目的地址不同：组播路由单播路由24根据路由策略的不同：基于拓扑信息基于地理信息混合式路由机会路由13路由选择策略是否变化：静态路由协议动态路由协议根据作用范围分类有：域间路由（外部网关）域内路由（内部网关）125.1

最短路径法Dijkstra算法的基本原理每个结点用从源节点沿已知最佳路径到本结点的距离来标注；初始时，将源节点标注为0，并令其为工作结点；检查与工作节点相邻的临时性节点，若该节点到工作结点的距离与工作节点的标注之和小于该节点的标注，则用新计算得到的和重新标注该节点；在整个图中查找具有最小值的临时性标注节点，将其变为永