面向无人机集群自组网的软件定义路由协议研究

Routing protocol is critical for data communications of UAV swarm ad hoc networks. However, existing routing algorithms perform poor in terms of stability and convergence due to dynamic swarm topology, limited computing resources and energy usage as well as unreliable wireless channel. This project aims to study high performance routing protocol for UAV swarm ad hoc network. On one hand, data communications between UAVs are modelled considering impact of both UAV mobility models and swarm density. On the other hand, investigate the factors that influence routing performance based on which design software defined routing protocols. The software defined routing protocol allows flexible programmability and improves routing computing capability and wireless channel utilities. The project would offer high reliable software defined routing solutions for UAV swarm; meanwhile inspire new opportunities for software defined network technologies.

高可靠性路由协议是无人机集群自组网数据通信的关键技术之一。无人机集群由于拓扑变化快，机载计算资源和续航能力有限以及无线信道质量不稳定等因素，导致路由算法在路径稳定性和路由失效快速响应能力方面存在明显不足，严重影响无人机集群通信性能。为此本项目将对无人机自组网路由算法进行系统而深入的研究。一方面，拟设计针对无人机集群特点的自组网通信架构，并对集群通信系统控制面数据分发过程进行建模。另一方面，深入研究影响路由性能的内在因素，拟设计无人机自组网软件定义路由协议，使路由算法具备灵活的可编程性，提高路由计算效率，续航能力和无线信道利用率。项目目的是为无人机集群自组网提供一个高可靠性的数据通信方案，同时也是对软件定义技术在移动网络领域应用的新的探索。

高可靠性路由协议是无人机集群自组网数据通信的关键技术之一。无人机集群由于拓扑变化快，机载计算资源和续航能力有限以及无线信道质量不稳定等因素，导致路由算法在路径稳定性和路由失效快速响应能力方面存在明显不足，严重影响无人机集群通信性能。项目对无人机自组网路由算法进行系统而深入的研究。项目初期提出了一种针对无人机集群特点的无线自组网通信架构，为下一步部署软件路由定义算法提供底层支持。项目中期首次设计并测试一种新型软件定义路由算法。不同于传统的基于最短路径（最低时延）的方案，新型算法对无人机之间的链路进行建模，引入QoS指标和移动模型，对于无人机集群拓扑能够较好的建模与预测，路由性能有较大提高，特别对于高密度集群有更好效果。项目后期重点研发无人机集群首套原型，与本地无人机企业深度合作，产品原型已进入小批量产（>1000台）。项目重要研究成果连续三年发表在通信领域TOP期刊(中科院JCR一区，影响因子10.435 ) IEEE Communications Magazine。原型机产品与华为（杭州）和中国移动（杭州）开展了多次联合测试，完成业界首次5G+无人机编队集成测试，完成5G+无人机通信基站（天线子系统）测试。研发了无人机群控系统EasySwarm个人版2.0 （开源）, 基于LoRa射频实现，在链路层与路由层针对星型网和自组网分别实现802.11标准CSMA协议和基于软件定义的高链路稳定性路由协议。