《無線移動自組織無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng) 路由協(xié)議》征求意見稿

T/TMACXXX—2024無線移動自組織無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議要求本文件規(guī)定了無線移動自組織無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成與核心路由協(xié)議的技術(shù)要求。本文件適用于無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)與空地聯(lián)合自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系，其他自組織網(wǎng)絡(luò)可參照本要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T25068.1—2020信息技術(shù)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全GB/T40211—2021工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全術(shù)語、概念和模型GJB5433—2005無人機(jī)系統(tǒng)通用要求GJB5200無人機(jī)遙控系統(tǒng)通用規(guī)范GJB5201無人機(jī)飛行控制與管理系統(tǒng)通用規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1飛聯(lián)網(wǎng)FlightAdHocNetwork一種基于無人機(jī)與環(huán)境協(xié)同的可控、可管、可運(yùn)營、可信的開放融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過裝載在無人機(jī)上的傳感器、終端及電子標(biāo)簽提供無人機(jī)信息，采用自組織網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與無人機(jī)、無人機(jī)與地面基站互連互通，并在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對信息進(jìn)行提取、共享等有效利用，對無人機(jī)進(jìn)行有效的管控和提供綜合服務(wù)。3.2對象協(xié)同模型ObjectCooperative-workingModel對象或?qū)ο笕后w之間的協(xié)同關(guān)系，以及相互分離和組合形成的不同模型特征，分為群體模型和個體模型。3.3群體模型TeamModel以無人機(jī)簇的群體為視角，解決無人機(jī)簇與地面基站如何實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集群通信的問題。3.4個體模型SingleModel以單一的無人機(jī)節(jié)點(diǎn)為視角，解決無人機(jī)與無人機(jī)或無人機(jī)與地面基站的通信問題。2T/TMACXXX—20243.5核心路由協(xié)議CoreRoutingProtocol涉及的關(guān)鍵核心技術(shù)，包含無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的位置預(yù)測技術(shù)、無人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)與路由路徑的選擇技術(shù)、路由空洞的分類和處理技術(shù)等。3.6一跳鄰居節(jié)點(diǎn)One-hopNeighborNode節(jié)點(diǎn)的一跳通信范圍之內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與一跳鄰居節(jié)點(diǎn)應(yīng)可互相通信。3.7兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)Two-hopNeighborNode節(jié)點(diǎn)的一跳通信范圍之外、但是在其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的通信范圍之內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)應(yīng)可通過一跳鄰居節(jié)點(diǎn)互相通信。3.8路由空洞RoutingVoid節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)包的過程中，發(fā)現(xiàn)沒有比自己距離目的節(jié)點(diǎn)更近的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)時的情3.9“Hello”信息HelloMessage包含了節(jié)點(diǎn)的速度、位置與時間等信息，它被節(jié)點(diǎn)周期性地廣播，用于獲取并保存鄰居節(jié)點(diǎn)的具體信息。3.10數(shù)據(jù)包DataPacket包含了源節(jié)點(diǎn)、下一跳節(jié)點(diǎn)以及目的節(jié)點(diǎn)的ID和位置信息，同時攜帶了需要傳遞的數(shù)據(jù)，用于完成路由。3.11貪婪模式GreedyMode無人機(jī)節(jié)點(diǎn)在非路由空洞的情況下應(yīng)選擇距離目的節(jié)點(diǎn)最近的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的模式。4縮略語下列縮略語適用于本文件。GPS:全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)3T/TMACXXX—20245網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成5.1無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成應(yīng)包括：a）由多個單無人機(jī)節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間應(yīng)互相傳遞信息；b）由多個無人機(jī)簇組成，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)應(yīng)行為統(tǒng)一且可互相通信，簇間通信應(yīng)由簇內(nèi)的簇首節(jié)點(diǎn)完成，其他節(jié)點(diǎn)不可跨簇通信；c）由多個單無人機(jī)節(jié)點(diǎn)與多個無人機(jī)簇群混合組成，單個無人機(jī)節(jié)點(diǎn)之間應(yīng)互相通信，單個無人機(jī)節(jié)點(diǎn)與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信應(yīng)通過簇首節(jié)點(diǎn)完成。5.2空地聯(lián)合自組織網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成空地聯(lián)合自組織網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成應(yīng)包括：a）由多個單無人機(jī)節(jié)點(diǎn)與地面基站組成，基站應(yīng)固定不動，節(jié)點(diǎn)之間以及節(jié)點(diǎn)與基站之間應(yīng)互相傳遞信息；b）由多個無人機(jī)簇與與地面基站組成，簇間通信應(yīng)由簇內(nèi)的簇首節(jié)點(diǎn)完成，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)與基站通信也應(yīng)由簇首節(jié)點(diǎn)完成；c）由單無人機(jī)節(jié)點(diǎn)、無人機(jī)簇群以及地面基站混合組成，單個無人機(jī)節(jié)點(diǎn)之間以及節(jié)點(diǎn)與基站之間應(yīng)互相通信，單個無人機(jī)節(jié)點(diǎn)與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信應(yīng)通過簇首節(jié)點(diǎn)完成，基站與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信也應(yīng)通過簇首節(jié)點(diǎn)完成。6路由協(xié)議的核心技術(shù)要求6.1路由協(xié)議的整體流程無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)的路由協(xié)議應(yīng)分為以下三個步驟：a）無人機(jī)節(jié)點(diǎn)應(yīng)周期性地廣播Hello信息，每一個節(jié)點(diǎn)在接收到來自一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的Hello信息時應(yīng)保存Hello信息中的鄰居節(jié)點(diǎn)的信息；b）當(dāng)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包要發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)且它處于貪婪模式時，它應(yīng)根據(jù)已保存的Hello信息來預(yù)測鄰居節(jié)點(diǎn)的位置，然后使用中繼節(jié)點(diǎn)的選擇算法來傳遞數(shù)據(jù)包；c）當(dāng)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包要發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)且它處于路由空洞的情況時，它應(yīng)根據(jù)路由空洞的處理技術(shù)來傳遞數(shù)據(jù)包。6.2“Hello”信息格式無人機(jī)飛聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)均配備GPS系統(tǒng)，應(yīng)在Hello信息中寫入自己的信息與上一個周期保存的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，其中包含了節(jié)點(diǎn)自身與一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的ID、位置、速度、加速度與廣播時刻?！癏ello”信息格式如表1所示。表1“Hello”信息PVaT6.3數(shù)據(jù)包格式當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要向目的節(jié)點(diǎn)傳遞信息時，應(yīng)把信息寫入數(shù)據(jù)包中，并在數(shù)據(jù)包頭部寫入目的4T/TMACXXX—2024節(jié)點(diǎn)的ID與下一跳節(jié)點(diǎn)的ID。數(shù)據(jù)包格式如表2所示。表2數(shù)據(jù)包Next6.4鄰居節(jié)點(diǎn)的位置預(yù)測無人機(jī)節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)已保存的Hello信息對一跳鄰居節(jié)點(diǎn)和兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行預(yù)測，如公式（1）。PPpredPP[1,n]pred——兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)的預(yù)測位置；P——一跳鄰居節(jié)點(diǎn)在廣播時刻的位置；PV——一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的速度；Tnow——傳遞數(shù)據(jù)包的時刻。6.5中繼節(jié)點(diǎn)的選擇算法6.5.1多因素結(jié)合的選擇算法在貪婪模式下，當(dāng)節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的距離過大時，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)多因素結(jié)合的選擇算法在一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)來傳遞數(shù)據(jù)包，直至數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，該算法如公式（2）。η=-α*+Y*e-...........................................dn-d——一跳鄰居節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離；D——源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離；α——dn-d的權(quán)重；ΔT——鏈路的穩(wěn)定性；β——ΔT的權(quán)重；5T/TMACXXX—2024m——兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)的密度；Y——m的權(quán)重。6.5.2中繼節(jié)點(diǎn)的選擇結(jié)果根據(jù)公式（2），每一個一跳鄰居節(jié)點(diǎn)均可由計算得到一個η值，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)應(yīng)在所有的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇擁有最大的η值的那一個作為中繼節(jié)點(diǎn)，并將它的ID作為下一跳節(jié)點(diǎn)的ID寫入數(shù)據(jù)包的頭部。6.6路由空洞的分類和處理技術(shù)6.6.1分類在路由空洞情況中，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)應(yīng)將該情況細(xì)化為三類，分別是半路由空洞、全路由空洞以及無鄰居節(jié)點(diǎn)，然后對三類情況分別處理。6.6.2半路由空洞當(dāng)有兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)距離目的節(jié)點(diǎn)更近且其在無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍內(nèi)時，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)遭遇的是半路由空洞。此時它應(yīng)在所有距離目的節(jié)點(diǎn)更近的兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇距離目的節(jié)點(diǎn)最近的那一個作為中繼節(jié)點(diǎn)，然后向中繼節(jié)點(diǎn)直接傳遞數(shù)據(jù)包。6.6.3全路由空洞當(dāng)有兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)距離目的節(jié)點(diǎn)更近但是其在無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍外時，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)遭遇的是全路由空洞。此時它應(yīng)在所有兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇出距離目的節(jié)點(diǎn)最近的那一個，然后通過與該兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)相連的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)包的中繼，將數(shù)據(jù)包傳遞給該兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)。6.6.4無鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)無兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)時，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)應(yīng)攜帶數(shù)據(jù)包進(jìn)入等待階段，直到下一次廣播Hello信息時獲取到新的鄰居節(jié)點(diǎn)信息。6T/TMACXXX—2024參考文獻(xiàn)[1]GJB5201無人機(jī)飛行控制與管理系統(tǒng)通用規(guī)范[2]GJB5433-2005無人機(jī)系統(tǒng)通用要求[3]GB/T25068.1-2020信息技術(shù)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全[4]GB40050-2021網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵設(shè)備安全通用要求[5]GB/T40211-2021工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全術(shù)語、概念和模型[6]L.Gupta,R.JainandG.Vaszkun,"SurveyofImportantIssuesinUAVCommunicationNetworks,"inIEEECommunicationsSurveys&Tutorials,vol.18,no.2,pp.1123-1152,Secondquarter2016.[7]?.Bekmezci,O.K.Sahingoz,S.Temel,"Flyingad-hocnetworks(FANETs):asurvey",AdHocNetworks,vol.11,pp.1254-1270,May2013.[8]Jean-DanielBiomo,MedjoMeetal.,"DirectionalAntennasinFANETs:APerformanceAnalysisofRoutingProtocols",2017InternationalConferenceonSelectedTopicsinMobileandWirelessNetworking(MoWNeT),2017.[9]L.Lin,Q.Sun,S.WangandF.Yang,"AgeographicmobilitypredictionroutingprotocolforAdHocUAVNetwork,"2012IEEEGlobecomWorkshops,Anaheim,CA,2012,pp.1597-1602.[10]M.Aissani,A.Mello