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6G大规模无人机网络中基于动态拓扑模型的路由算法研究

刘瀚泽 杨柱天 吴芝路 杨蔚 朱伟强

刘瀚泽, 杨柱天, 吴芝路, 杨蔚, 朱伟强. 6G大规模无人机网络中基于动态拓扑模型的路由算法研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(3): 815-824. doi: 10.11999/JEIT211140
引用本文: 刘瀚泽, 杨柱天, 吴芝路, 杨蔚, 朱伟强. 6G大规模无人机网络中基于动态拓扑模型的路由算法研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(3): 815-824. doi: 10.11999/JEIT211140
LIU Hanze, YANG Zhutian, WU Zhilu, YANG Wei, ZHU Weiqiang. Research on Dynamic Topology Model-based Routing Algorithms in 6G Large-scale UAV Networks[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(3): 815-824. doi: 10.11999/JEIT211140
Citation: LIU Hanze, YANG Zhutian, WU Zhilu, YANG Wei, ZHU Weiqiang. Research on Dynamic Topology Model-based Routing Algorithms in 6G Large-scale UAV Networks[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(3): 815-824. doi: 10.11999/JEIT211140

6G大规模无人机网络中基于动态拓扑模型的路由算法研究

doi: 10.11999/JEIT211140
详细信息
    作者简介:

    刘瀚泽:男,1998年生,博士生,研究方向为无线通信网络层路由技术

    杨柱天:男,1982年生,副教授,研究方向为无线通信网络层路由技术

    吴芝路:男,1961年生,教授,研究方向为无线通信网络层路由技术

    杨蔚:男,1985年生,高级工程师,研究方向为空间频谱感知及数据挖掘技术

    朱伟强:男,1962年生,研究员,研究方向为空间频谱感知及数据挖掘技术

    通讯作者:

    杨柱天 yangzhutian@hit.edu.cn

  • 中图分类号: TN915.41

Research on Dynamic Topology Model-based Routing Algorithms in 6G Large-scale UAV Networks

  • 摘要: 随着无线通信以及无人机(UAV)技术的日益发展,利用无人机移动性、稳定性、广覆盖等优势,建立一个覆盖并连接广袤区域内各种无线终端的大规模“无人机云”,成为未来6G无线通信网络的一个重要的发展方向。如何在无人机云组成的复杂网络拓扑中快速精准地规划出最优路径,成为一个亟待解决的问题。因此,该文利用重力场中的梯度原理设计了一种旨在适用于多种路由方案的新型动态网络拓扑模型,基于此模型实现了复杂拓扑网络下路由路径的计算及选取。这种模型利用梯度本身的特性以实现路径的优化,以适用于未来6G应用中可能出现的高密度高覆盖性无人机群的通信需求。仿真结果表明,该文提出的拓扑模型及路由方法在链路通信质量及平均能耗方面优于目前应用及研究的诸多路由方案。
  • 图  1  系统模型

    图  2  基于ETX的路径选取

    图  3  拓扑平面

    图  4  拓扑模型平面等高线及矢量图

    图  5  基于拓扑模型的路由路径

    图  6  不同路由方案下200轮发包后路径选取情况

    图  7  路由方案αβ中继距离对比

    图  8  4种路由方案ETX均值对比

    图  9  4种路由方案能耗均值对比

    表  1  路由方案α中继节点计算

     输入:路径点集合X,源节点S,网络中心D
     输出:中继节点集合R
     (1) while D $ \notin $ R
     (2) SR
     (3) 找到在集合X中的第lockth个元素和集合R中最后一个元素间
       的所有节点
     (4) if不存在节点
     (5) lock = lock + 1
     (6) 否则计算所有节点的P
     (7) 找到 min(P) && 节点的能量 > 0
     (8) 找到最优的节点作为集合R中的最后一个元素
     (9) lock = lock +1
     (10) end if
     (11) end while
    下载: 导出CSV

    表  2  路由方案β中继节点计算

     输入:路径点集合X,源节点S,网络中心D,区域集合Z
     输出:中继节点集合R
     (1) while D $ \notin $ R
     (2) SR
     (3) 找到集合X中第lockth个元素所在的网格grid,记作zlock
     (4) 找到所有在网格gird zlock中的节点
     (5) if没有节点存在
     (6) lock = lock + 1
     (7) else计算所有节点的P
     (8) 找到 min(P) && 节点的能量 > 0
     (9) 找到最优的节点作为集合R中的最后一个元素
     (10) lock = lock +1
     (11) end if
     (12) end while
    下载: 导出CSV

    表  3  仿真参数表

    参数名称参数值参数名称参数值
    Pt11.76 dBmEelec100 nJ/bit
    Gt, Gr3εfs10 pJ/(bit·m2)
    L1εmp0.0013 pJ/(bit·m4)
    η2EDA5 nJ/(bit·signal)
    α0.05ε1100
    F0.06ε2, ε30.01, 1
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-18
  • 修回日期:  2022-02-15
  • 录用日期:  2022-02-16
  • 网络出版日期:  2022-02-23
  • 刊出日期:  2022-03-28

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