基于多连通支配集调度机制的飞行自组网拓扑控制算法.pdf

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1、硕士学位论文基于多连通支配集调度机制的飞行自组网拓扑控制算法Multi-CDSSCHEDULINGMECHANISMBASEDTOPOLOGYCONTROLALGORITHMFORFANET齐晓晗哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN929.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于多连通支配集调度机制的飞行自组网拓扑控制算法硕士研究生：齐晓晗导师：杨志华副教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN929.5

2、U.D.C:621.3AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringMulti-CDSSCHEDULINGMECHANISMBASEDTOPOLOGYCONTROLALGORITHMFORFANETCandidate：QiXiaohanSupervisor：AssociateProf.YangZhihuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecial

3、ity：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要基于FANET（FlyingAdHocNetwork）的无人机系统近年来是自组织网络领域的研究热点。相比于地面MANET网络，FANET网络系统具有更高的灵活性，在军事，救援，运输等方面都有很好的应用前景。由于FANET网络

4、中节点具有较高的移动速度，导致链路失效频繁，网络鲁棒性差，给拓扑控制带来了严峻的挑战。因此，有效的拓扑控制是当前飞行自组网的关键性问题。FANET中拓扑控制主要解决节点连通性和路由维护问题，通过改变节点功率平衡邻居节点分布，或通过网络分层控制构造节点属性，保证网络抗毁性并提高传输效率，常见的算法有分簇和构造连通支配集。本文主要考虑FANET网络连通性以及由此所带来的路由转发冗余问题，通过设计有效的拓扑控制算法，维护网络中节点正常通信并且减少路由转发开销。构造虚拟骨干网是解决消息转发并且减少路由开销的一种有效手段，其中连通支配集(connecteddominatin

5、gset，CDS)被广泛应用在自组织网络中。现有基于CDS的虚拟骨干网算法无法直接应用到FANET，主要表现在下面三点：算法中采用的移动模型和FANET节点三维移动特性、集群协同特性不匹配；算法开销太大；到拓扑变化时，骨干网的维护算法单一。为了解决以上存在的问题，考虑到节点移动模型具有马尔科夫特性，本文提出了一种基于马尔科夫链的链路预测算法，检测骨干网子图链路连通性。通过预测节点连通关系，对骨干网节点或链路失效的情况进行判定。在网络中构造较小规模连通支配集可以减小构建和维护骨干网的开销，减少消息转发次数。基于最小生成树的最小连通支配集构造算法可以构造权值和规模较小

6、的连通支配集，因此本文设计了一种基于最小生成树的连通支配集构造算法。考虑到FANET的高动态性和链路不稳定性，单CDS在支配点或连路失效后就能保证网络连通。因此，为了保证维护算法的成功率并且减小更新过程开销，本文提出了一种基于多CDS调度的维护算法。在链路预测和拓扑周期性更新的基础上，判断当前CDS是否有效。当拓扑检测或者预测到骨干网失效后，就采用最少更新节点数目原则选取备份CDS。其中，链路预测算法提高了维护算法成功率，减少了维护过程时延，保证了网络通信稳定。通过对比基于备份节点的典型骨干网维护算法，仿真结果显示Multi-CDS调度算法具有更小的更新开销和更高

7、的维护成功率。关键词：FANET；虚拟骨干网；连通支配集；链路预测；多CDS调度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFANET(FlyingAdHocNetwork)basedonunmannedaerialvehiclesystemshasbeenaresearchhotspotinthefieldofself-organizingnetworksinrecentyears.ComparedwiththegroundMANETnetwork,FANETnetworksystemhashigherflexibilityandhasagoodappl

8、icati