本发明专利技术设计一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法，解决特定无人机集群场景下多优先级业务与资源路径匹配问题，研究了多径路由匹配方法，并采用动态负载调整方法，实现了多条链路负载均衡，提高了网络吞吐量；本发明专利技术结合基于消息属性的业务优先级定义以及中继节点转发方法，相较于传统的单消息类型或单路径路由方法，在相同条件下本方法不但能保障最高优先级业务传递质量，而且能使网络吞吐量更高，传输路径更稳定。传输路径更稳定。
【技术实现步骤摘要】
一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法
[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法。
技术介绍
[0002]无人机集群是指由多个无人机组成的协同系统，通过相互之间的通信和协调，实现共同的任务目标。在工业领域，无人机集群通常承担着图像采集、三维重建、结构检测任务，在军用领域，无人机集群承担着协同打击、火力侦察、态势评估任务。由于无人机集群通常表现为高动态，工作环境干扰性强，无人机集群通常采用多径的路由协议来保障无人机网路的性能和可靠性。然而，在高负载、强干扰的场景下，控制类业务对维持网络稳定最为重要。为保障特殊场景下最重要业务的传输成功率，区分优先级的业务和多径传输协议的结合应用成为必然。
技术实现思路
[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法；首先定义了多优先级业务产生方法，通过随机的方式产生携带多种属性的数据包，并根据本专利技术业务优先级划分方法进行优先级区分，最终产生不同优先级的业务队列；然后按照业务匹配算法，将不同优先级业务映射至不同传输路径上，并根据负载均衡算法，动态调整链路匹配负载，保证不同优先级业务的传递质量，提高网络负载；能够提高特定高动态飞行场境下的无人机集群不同优先级数据的传输质量保障，实现网络层不同传输路径上的负载均衡。
[0004]一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法，具体包括以下步骤：
[0005]步骤1：网络初始化，获取初始链路排序；<br/>[0006]网络初始化阶段是通过初始化路由寻址获取每条链路的时延D
k
，首先节点向周围邻居广播Hello消息，收到Hello消息的节点继续将携带源地址的Hello消息广播出去，直到源节点收到所有节点的确认消息；D
k
是通过获取源地址到目的地址节点跳数n获得；所述链路时延表达式为：
[0007]D
k
＝T
×
n
[0008]其中，T为节点的发送时延与最大单跳范围内传播时延之和，k为链路编号；
[0009]根据D
k
由小到大排序，得到初始链路排序，链路编号为1～k；
[0010]步骤2：通过步骤1得到的初始链路排序，按照最高优先级数据包占据最优路径的原则，将不同优先级的业务分配至不同链路上发送出去；
[0011]基于区分优先级的无人机集群多径路由分配方法要保证高优先级业务的传递率T
i
，在网络初始化，即得到初始链路排序后，在每条传输路径上都分配最大数量的数据包传送出去，达到每条路径的最大信道带宽B
k
，经过j个统计周期I，得到每条链路在j个周期内的平均传递率T
k
；根据T
k
降序重新排列传输路径，得到新路径序列L
k
；平均传递率T
k
的表达
式为：
[0012][0013]其中，n为周期数设置值；Ack
num
为通过接收目的节点返回的确认消息获得的被成功接收的业务数量；Send
num
为源节点成功发送业务数量；发送周期数j与统计周期I需要在系统初始化之前设置，统计周期I的单位为ms；
[0014]所述业务优先级P，为网络层待发送队列中的消息优先级，指定N种优先级，即P0～P
N
，P0为最高优先级级别，P
N
为最低优先级级别；其中包含无人机集群的告警消息、网络维护消息、实时图像消息、指令消息最基本四类需要QoS保障的业务消息；
[0015]为排除低质量链路，做到有效保障所有优先级业务平均传递率，只使用编号为0～3的4条路径传输编号为0～N优先级业务；3～k条链路作为网络中断的备选链路；若存在的不相交链路小于4条，则全部保留使用；
[0016]为保障最高优先级业务传递率不低于99％，P0独享L0传输路径；按照实际的业务属性，业务量50％以上均为P
1～2
，则P
1～2
使用L1传输路径；P
3～6
占总业务量的20％，且对传输质量要求不高，则P
3～6
使用L2传输路径，P
7～N
业务最少，并且对传输质量要求最低，则P
7～N
使用L3传输路径；
[0017]所述业务优先级对应的消息属性集合A，为网络层消息为划分优先级所提取的属性，集合A中每个元素值均为0或1；一种特定场景下的属性设置如下：
[0018]A＝{a1,a2,a3,a4}
[0019]其中属性a1～a4分别表示及时性、可靠性、周期性和消息长度；四项属性值全为1时表示消息属性分别为及时性、可靠性高、非周期性以及消息长度不固定；四项属性值全为0表示消息属性分别为非及时性、可靠性低、周期性以及消息长度固定；
[0020]步骤3：动态负载调整阶段；对步骤2的匹配方法进行微调，适应网络负载的动态变化；
[0021]所述动态负载调整阶段根据每条路径上的实际负载情况和待发送队列中的业务量情况动态调整分配方案；当源节点到目的节点的可用路径数量小于4时，低优先级业务分配至高优先级路径；可用路径编号为1～k，此时k<3，将P
7～N
业务分配至L2，若路径L2已经没有空余带宽，则将P3业务分配至L1，实现低优先级业务向高优先级路径转移；
[0022]为保障高优先级业务传递率，必须为每条路径预留一定信道容量，用C
k
表示预留信道容量；预留信道容量C
k
的表达式为：
[0023][0024]其中T
k
为编号为L
k
的路径满足业务传递率要求情况下的最大信道容量；α
k
为预留信道容量调节系数，α≥2，即预留信道容量C
k
至少为最大信道容量L
k
的一半；且调节系数α
k
的设置不同，k越大，α
k
取值越大，即业务优先级越高，预留信道容量越大，保障最高优先级传递率；
[0025]在信道质量较差，信道容量极低的情况下，会出现某条传输路径的信道容量无法
支撑所分配的业务量Q
k
；此时，将L
k
上的部分业务分配至L
k+1
上，高优先级业务强制插入低优先级队列首部；
[0026]步骤4：如果出现多条传输路径同时到达同一个中继节点的情况，还需要考虑到中继节点的转发规则；中继节点转发阶段的网络中还存在部分节点同时属于多条路径的情况，即转发节点在转发多条路径业务时的优先级规则；若两条路径上的业务同时到达，则优先转发链路排序更高的链路，其它链路的业务加入至待发送队列。
[0027]本专利技术有益技术效果：
[0028]一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：网络初始化，获取初始链路排序；步骤2：通过步骤1得到的初始链路排序，按照最高优先级数据包占据最优路径的原则，将不同优先级的业务分配至不同链路上发送出去；步骤3：动态负载调整阶段；对步骤2的匹配方法进行微调，适应网络负载的动态变化；步骤4：如果出现多条传输路径同时到达同一个中继节点的情况，还需要考虑到中继节点的转发规则；中继节点转发阶段的网络中还存在部分节点同时属于多条路径的情况，即转发节点在转发多条路径业务时的优先级规则；若两条路径上的业务同时到达，则优先转发链路排序更高的链路，其它链路的业务加入至待发送队列。2.根据权利要求1所述的一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法，其特征在于，所述步骤1具体为：网络初始化阶段是通过初始化路由寻址获取每条链路的时延D
k
，首先节点向周围邻居广播Hello消息，收到Hello消息的节点继续将携带源地址的Hello消息广播出去，直到源节点收到所有节点的确认消息；D
k
是通过获取源地址到目的地址节点跳数n获得；所述链路时延表达式为：D
k
＝T
×
n其中，T为节点的发送时延与最大单跳范围内传播时延之和，k为链路编号；根据D
k
由小到大排序，得到初始链路排序，链路编号为1～k。3.根据权利要求1所述的一种基于区分优先级的无人机集群多径路由匹配方法，其特征在于，所述步骤2具体为：基于区分优先级的无人机集群多径路由分配方法要保证高优先级业务的传递率T
i
，在网络初始化，即得到初始链路排序后，在每条传输路径上都分配最大数量的数据包传送出去，达到每条路径的最大信道带宽B
k
，经过j个统计周期I，得到每条链路在j个周期内的平均传递率T
k
；根据T
k
降序重新排列传输路径，得到新路径序列L
k
；平均传递率T
k
的表达式为：其中，n为周期数设置值；Ack
num
为通过接收目的节点返回的确认消息获得的被成功接收的业务数量；Send
num
为源节点成功发送业务数量；发送周期数j与统计周期I需要在系统初始化之前设置，统计周期I的单位为ms；所述业务优先级P，为网络层待发送队列中的消息优先级，指定N种优先级，即P0～P
N
，P0为最高优先级级别，P
N
为最低优先级级别；其中包含无人机集群的告警消息、网络维护消息、实时图像消息、指令消息最基本四类需要QoS保障的业务...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯永新，葛志斌，赵运弢，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：
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