无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法

赵太飞, 程敏花, 吕鑫喆, 郑博睿

(1. 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048;2. 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710048)

0 引 言

由于单个无人机计算、探测和作业能力有限,使用多无人机协作的形式能充分发挥无人机集群的优势,提高无人机执行任务的能力。通过一群低成本小型无人机间自主组网协同作业而构建的无人机蜂群作战系统[1],具有抗毁性高、功能分布化、协作能力强等优势。为了满足无人机蜂群之间的任务协同要求,各机之间必须建立稳定的编队通信网络来保证可靠通信。而在实际飞行中,强电磁干扰、复杂大气环境和无线电静默等情况会破坏编队通信网络的完整性[2]。无线紫外光通信具有抗电磁干扰能力强[3]、背景噪声小[4]、低窃听率、低位辨率、全天候非直视通信[5]、低功耗、易于机载等特点,能够在复杂环境中为无人机蜂群提供机间可靠隐秘通信。

无人机编队在实际应用中携带能源有限,从而影响多无人机协同系统的任务执行效率[6]。无人机蜂群之间通过单跳或多跳的路由方式进行飞行状态、空情信息以及控制指令的交互,设计能量有效的路由算法是延长无人机蜂群网络生命周期的主要方法。目前,对于网络层的能量优化路由协议可以分为3类:最小能耗路由[7-8]、能量均衡路由[9-12]以及网络生存时间最大化路由[13-15]。文献[16-17]通过选择节点间的最小能耗路由进行数据传输,因此在发送数据分组个数较少时,可以有效降低网络中节点的能耗,但是当发送数据分组个数增大时,频繁地选择相同的传输路径会导致部分能量较低的中继节点过早死亡,从而影响网络的生命周期。……