【摘 要】
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近年来,基于无人机的各种应用逐渐成为研究热点。相较于单无人机系统,多无人机系统可以更可靠、更高效地执行各种任务,也正朝着微型化、集群化和智能化的方向发展。无人机蜂群自组网是由大量低成本、轻量级、小型化和高机动性的无人机节点组成的动态自组织网络系统,它的高移动性、拓扑动态变化等特点给MAC协议的设计带来了很大挑战。在充分考虑无人机蜂群自组网特点的前提下,本文结合实际的应用需求,研究并设计适用于无人机
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近年来,基于无人机的各种应用逐渐成为研究热点。相较于单无人机系统,多无人机系统可以更可靠、更高效地执行各种任务,也正朝着微型化、集群化和智能化的方向发展。无人机蜂群自组网是由大量低成本、轻量级、小型化和高机动性的无人机节点组成的动态自组织网络系统,它的高移动性、拓扑动态变化等特点给MAC协议的设计带来了很大挑战。在充分考虑无人机蜂群自组网特点的前提下,本文结合实际的应用需求,研究并设计适用于无人机蜂群自组网的信道接入协议。主要研究内容如下:第一,本文分析了无人机蜂群自组网的特点以及MAC协议设计的难点。调研了目前的无人机自组网信道接入协议,并对每类MAC协议的优缺点进行了总结。经总结发现,竞争类的接入方式难以满足网络规模较大的情况,动态TDMA协议更适合应用于无人机蜂群自组网中。第二,提出了一种适用于无人机蜂群自组网的分布式可靠时隙预约TDMA协议（RR-TDMA:Reliable Reserved TDMA）。RR-TDMA协议将时隙划分成勤务时隙和通信时隙,在勤务时隙中完成动态时隙预约过程,而在通信时隙完成数据信息的传输,从而降低了时隙碰撞的概率。RR-TDMA协议划分了预约期和非预约期,并利用节点的时隙占用状态表,有效避免了两跳范围内的时隙冲突,解决了隐藏终端问题。第三,为了验证协议的性能,本文给出了RR-TDMA协议在ns-3仿真平台中的软件实现方案。在仿真实现的基础上,本文将RR-TDMA协议和RR-ALOHA协议在静态场景和动态场景中进行了对比实验。仿真结果表明,RR-TDMA协议能够适用于节点密度大、移动速度快和拓扑变化剧烈的环境。相较于RR-ALOHA协议,RR-TDMA协议在吞吐量、丢包率和信道接入时延方面都有明显的改善。本文针对无人机蜂群自组网设计了一种分布式的动态时隙预约MAC协议,并在ns-3仿真平台上实现和验证了协议的性能。实验结果表明,相较于RR-ALOHA协议,RR-TDMA协议申请时隙的速度更快,数据分组的递交率更高,使无人机蜂群自组网有更好的性能。
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