CN114025313B - 一种无线路由方法、电子设备及计算机存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线路由方法、电子设备及计算机存储介质，该方法适用于无人机集群自组织网络，包括：各无人机分别以广播的形式发送自身并转发其他无人机发送的路由请求控制包；其中，路由请求控制包中含有信噪比参数，同时没有确定的目的地址，以此降低路由链路开销；各无人机根据接收到的路由请求控制包的源节点信息对其进行处理，且根据路由请求控制包中的信噪比参数来建立通信质量较好的路由，以此提高通信质量；各无人机分别定时发送HELLO控制包；其中，HELLO控制包中包括节点信噪比，并通过HELLO控制包中节点信噪比来动态感知并更新通信质量更好的路由。本发明提高了无人机间的通信质量，同时减小了路由过程中的链路开销。

Description

一种无线路由方法、电子设备及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及无人机通信技术领域，特别涉及一种无线路由方法、电子设备及计算机存储介质。
背景技术
随着人工智能、材料应用以及通信模块等多领域的发展，无人机的性能和应用得到了迅猛的提升和拓展。无人机集群相比于单个无人机或者简单的多无人机系统，不论是可以完成的任务的数量还是发挥的作用都具有巨大的优势。在无人机集群完成任务的时候需要数据共享和协同调度，因此无人机之间的通信非常重要。而稳定实用的路由协议是无人机集群能够完成通信的重要保证。
然而，传统的路由协议存在着只考虑了最小跳数，而忽略了通信质量，并且还存在着路由链路开销较大的情况。通信质量较差会影响无人机信息共享和决策的准确程度，而链路开销过大会导致无人机集群通信信道带宽减小，从而导致数据发送较慢。因此，提升通信质量和降低路由链路开销在无人机通信中有着举足轻重的作用。
无线自组网按需平面距离矢量路由协议(AODV)是现在较为主流的无人机自组织网络下的路由协议。但传统的AODV路由协议在无人机集群较大且无人机数量较多，同时无人机间需要及时信息共享的情况下，依据最小跳原则忽略了信噪比会导致通信质量降低，同时路由链路开销会显著增大。因此如何在自组织网络下提高无人机间的通信质量和降低路由链路开销是亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种无线路由方法、电子设备及计算机存储介质，以解决当前无人机在自组织网络下无线路由中通信质量低和链路开销较大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种无线路由方法，适用于无人机集群自组织网络，所述无线路由方法包括：
各无人机分别发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包；其中，所述路由请求控制包中包括其源节点和中间节点所计算出的信噪比参数；
各无人机根据接收到的路由请求控制包中的源节点信息对接收到的路由请求控制包进行处理，且当前无人机根据其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数，来建立通信质量较好的路由，以此来提高通信质量；
各无人机分别定时发送HELLO控制包；其中，所述HELLO控制包中包括其发送者对应的节点信噪比；当一个无人机接收到其他无人机发送的HELLO控制包后，根据所接收的HELLO控制包中的节点信噪比来判断是否更新路由，以此来动态感知并更新通信质量更好的路由。
进一步地，所述节点信噪比是通过无人机以广播的形式发送路由请求控制包来建立，建立方式如下：
路由请求控制包从A节点传输到B节点之后，在B节点通过网卡获得收到该路由请求控制包通信的信噪比参数，用该信噪比参数的绝对值加A节点的节点信噪比，以此来作为B节点信噪比；若A节点为源节点，则源节点的信噪比参数初始化为0。
进一步地，所述各无人机分别发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包，包括：
各无人机分别通过广播的形式发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包；其中，所述路由请求控制包中未规定目的节点。
进一步地，所述路由请求控制包中还包括源节点IP、当前路由请求控制包的序列号以及所跳的点数。
进一步地，各无人机根据接收到的路由请求控制包中的源节点信息对接收到的路由请求控制包进行处理，包括：
各无人机接收到路由请求控制包后，根据接收到的路由请求控制包中的源节点IP判断当前接收到的路由请求控制包是自身发出还是其他无人机发出；
若当前接收到的路由请求控制包是自身发出，则直接丢弃；
若当前接收到的路由请求控制包是其他无人机发出，则将其转发，同时接受当前接收到的路由请求控制包，并发送一个确认已收到路由请求的控制包。
进一步地，当前无人机根据其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数，来建立通信质量较好的路由，以此来提高通信质量，包括：
当前无人机获取其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数的绝对值，选择各信噪比参数绝对值中的较小值所对应的无人机进行路由。
进一步地，所述HELLO控制包中还包括其发送者所对应的IP地址和当前 HELLO控制包的序列号。
再一方面，本发明还提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。
又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明方法考虑了无线信道的信噪比因素，将信噪比的概念引入到路由协议中，并通过广播方式发送所有节点的路由请求控制包，且路由请求控制包中不包含明确的目的地址，以满足无人机之间需要不间断通信的需求。本发明对无人机的无线路由采用基于信噪比的方法提高了无人机之间的通信质量，同时利用广播寻找到其他所有节点的路由方法减小了寻找路由过程中的链路开销。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例提供的无线路由方法的执行流程示意图；
图2是本发明第二实施例提供的基于信噪比的无人机集群自组织网络无线路由方法的执行流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一实施例
本实施例提供了一种无线路由方法，该方法适用于无人机集群自组织网络，该无线路由方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：
S1，各无人机分别发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包；其中，所述路由请求控制包中包括其源节点和中间节点所计算出的信噪比参数；
S2，各无人机根据接收到的路由请求控制包中的源节点信息对接收到的路由请求控制包进行处理，且当前无人机根据其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数，来建立通信质量较好的路由，以此来提高通信质量；
S3，各无人机分别定时发送HELLO控制包；其中，所述HELLO控制包中包括其发送者对应的节点信噪比；当一个无人机接收到其他无人机发送的 HELLO控制包后，根据所接收的HELLO控制包中的节点信噪比来判断是否更新路由，以此来动态感知并更新通信质量更好的路由。
进一步地，在本实施例中，路由请求控制包中还包括源节点IP、当前路由请求控制包的序列号以及所跳的点数。各无人机的路由请求控制包均通过广播的形式发送；而且，在路由请求控制包中未规定目的节点。
进一步地，所述节点信噪比是通过无人机以广播的形式发送路由请求控制包之后来建立，建立方式如下：路由请求控制包从A节点传输到B节点之后，在B节点就可以通过网卡获得收到该路由请求控制包通信的信噪比参数，用该信噪比参数的绝对值加A节点的节点信噪比，以此来作为B节点信噪比。若A 节点为源节点，则源节点的信噪比参数初始化为0。
进一步地，在本实施例中，HELLO控制包中还包括其发送者所对应的IP 地址、当前HELLO控制包的序列号和节点信噪比。
进一步地，在本实施例中，各无人机根据路由请求控制包中的源节点信息对接收到的路由请求控制包进行处理的方式如下：
各无人机接收到路由请求控制包后，根据接收到的路由请求控制包中的源节点IP，判断当前接收到的路由请求控制包是自身发出还是其他无人机发出；若当前接收到的路由请求控制包是自身发出，则直接将其丢弃；若当前接收到的路由请求控制包是其他无人机发出，则将其进行转发，同时接受当前接收到的路由请求控制包，并发送一个确认已收到路由请求的控制包。
无人机根据路由请求控制包中的信噪比参数选择路由的方式如下：
当前无人机首先获取其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数的绝对值，然后选择各节点信噪比绝对值中的较小值所对应的无人机进行路由。
综上，本实施例的方法考虑了无线信道的信噪比因素，将信噪比的概念引入到路由协议中，并通过广播方式发送所有节点的路由请求控制包，且路由请求控制包中不包含明确的目的地址，以满足无人机之间需要不间断通信的需求。对无人机的无线路由采用基于信噪比的方法提高了无人机间的通信质量，同时利用广播寻找到其他所有节点的路由方法减小了寻找路由过程中的链路开销。
第二实施例
本实施例提供了一种基于信噪比的无人机集群自组织网络无线路由方法，该方法在自组织网络下，在无人机通过广播的形式发送路由请求控制包，并定时发送的HELLO控制包中加入信噪比参数，通过信噪比参数来选择较优的通信链路并以广播路由请求控制包的形式来减小路由链路开销。具体地，该无人机集群自组织网络无线路由方法的执行流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，初始化Netlink和程序的socket，具体如下：
初始化网络中每个无人机的无线网卡，并将无线网卡设置为Ad Hoc模式，以此来组建自组织网络。同时初始化Linux的Netlink通信，用来和内核之间进行通信，目的是修改路由表，从而构建和修改路由。
初始化程序的socket，以此来进行程序之间的相互通信；其中，该socket 包含着该节点的信息，包括程序的端口、网卡信息以及发送的地址等。
步骤2，清除旧的路由信息；
目的是为了开启程序之后可以完全由该程序来对路由表信息进行构建。
步骤3，无人机发送路由请求控制包，具体如下：
每台无人机开始通过广播的形式发送路由请求控制包；其中，发送的路由请求控制包的内容包括源节点IP、路由请求控制包的序列号、所跳的点数以及自身和中间节点所计算出的信噪比参数等。且本实施例的路由请求控制包中没有规定目的节点，并以广播的形式发送该路由请求控制包。相比于传统的AODV 协议发送的路由请求控制包RREQ是规定了目的节点的IP地址的，这样的话随着无人机集群数量的增加，同时无人机之间信息共享的时候几乎是需要两两无人机都进行通信，这样的话网络中链路开销就会增大，本实施例以广播的形式发送一个控制包，这样以一个数据包就可以去寻找所有节点的路由，可以大大减小路由的链路开销。
步骤4，当无人机接收到路由请求控制包后，判断接收到的路由请求控制包是否是自身节点发送的；其判断方式为：对比控制包中的源节点IP，若控制包中的源节点IP与自身IP相同，则为自身节点发送的，否则，为其他节点发送的；
步骤5，当无人机收到中继节点转发的自己的路由请求控制包时，就直接丢弃掉该路由请求控制包。
步骤6，当节点收到其他无人机发送的路由请求包时，转发其广播包，同时会接受该数据包，并发送确认节点收到路由请求控制包的ACK包来告诉无人机已找到路由，之后就会建立路由。
步骤7，无人机收到请求路由控制包之后，依据信噪比的算法来进行建立通信质量更好的路由，以此来提高通信质量。
步骤8，无人机定时发送HELLO控制包；
其中，HELLO控制包中包括无人机自身的IP地址、节点信噪比、HELLO 控制包的序列号等信息，通过HELLO控制包达到动态感知并更新通信质量较好的路由的目的。
其中，在本实施例中，无人机收到请求路由控制包之后会依据数据包中携带的信噪比参数和发送的HELLO控制包中的节点信噪比，通过算法来判断是否建立和更新路由。信噪比的选择是通过对信噪比数据的压缩和放大，同时设置阈值来实现信噪比的计算和选择。具体地，信噪比的算法如下：
首先设置信噪比绝对值的阈值为SNRthreshold，偏差为base_val，当真实信噪比SNRtrue的绝对值超过该阈值，本实施例处理方式为： (SNRtrue-SNRthreshold)*2+base_val。当真实信噪比SNRtrue绝对值小于该阈值，本实施例处理方式为：SNRtrue÷SNRthreshold+base_val。该信噪比的选择在两个过程中都需要引入，第一个是在路由请求控制包中需要引入信噪比，同一节点收到不同节点过来的路由请求控制包之后，会根据路由请求控制包中的信噪比参数选择信噪比绝对值较小值对应的节点进行路由。第二个是在HELLO数据包中引入信噪比，当一个节点收到另一个节点的HELLO包后，根据所接收到的HELLO控制包中的节点信噪比来判断是否更新路由，以此来动态感知并更新通信质量更好的路由。
综上，本实施例提供的路由方法将信噪比的概念引入到路由协议中，通过将信噪比参数引入到路由控制包中，同时路由请求控制包中只包含自身节点的信息，不规定目的节点的信息，并通过广播的形式发送所有节点的路由请求控制包，以满足无人机之间需要不间断通信的需求，在提高了无人机集群在自组织网络下的无人机之间的通信质量的同时，可以有效降低其路由链路开销。
第三实施例
本实施例提供一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行，以实现第一实施例的方法。
该电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)和一个或一个以上的存储器，其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行上述方法。
第四实施例
本实施例提供一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行，以实现上述第一实施例的方法。其中，该计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。其内存储的指令可由终端中的处理器加载并执行上述方法。
此外，需要说明的是，本发明可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

Claims (8)

1.一种无线路由方法，适用于无人机集群自组织网络，其特征在于，包括：
各无人机分别发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包；其中，所述路由请求控制包中包括其源节点和中间节点所计算出的信噪比参数；
各无人机根据接收到的路由请求控制包中的源节点信息对接收到的路由请求控制包进行处理，且当前无人机根据其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数，来建立通信质量较好的路由，以此来提高通信质量；
各无人机分别定时发送HELLO控制包；其中，所述HELLO控制包中包括其发送者对应的节点信噪比；当一个无人机接收到其他无人机发送的HELLO控制包后，根据所接收的HELLO控制包中的节点信噪比来判断是否更新路由，以此来动态感知并更新通信质量更好的路由；
所述节点信噪比是通过无人机以广播的形式发送路由请求控制包来建立，建立方式如下：
路由请求控制包从A节点传输到B节点之后，在B节点通过网卡获得收到该路由请求控制包通信的信噪比参数，用该信噪比参数的绝对值加A节点的节点信噪比，以此来作为B节点信噪比；若A节点为源节点，则源节点的信噪比参数初始化为0。
2.如权利要求1所述的无线路由方法，其特征在于，所述各无人机分别发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包，包括：
各无人机分别通过广播的形式发送自身的路由请求控制包，并转发其他无人机发送的路由请求控制包；其中，所述路由请求控制包中未规定目的节点。
3.如权利要求2所述的无线路由方法，其特征在于，所述路由请求控制包中还包括源节点IP、当前路由请求控制包的序列号以及所跳的点数。
4.如权利要求3所述的无线路由方法，其特征在于，各无人机根据接收到的路由请求控制包中的源节点信息对接收到的路由请求控制包进行处理，包括：
各无人机接收到路由请求控制包后，根据接收到的路由请求控制包中的源节点IP判断当前接收到的路由请求控制包是自身发出还是其他无人机发出；
若当前接收到的路由请求控制包是自身发出，则直接丢弃；
若当前接收到的路由请求控制包是其他无人机发出，则将其转发，同时接受当前接收到的路由请求控制包，并发送一个确认已收到路由请求的控制包。
5.如权利要求1所述的无线路由方法，其特征在于，所述当前无人机根据其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数，来建立通信质量较好的路由，以此来提高通信质量，包括：
当前无人机获取其他无人机所发送的路由请求控制包中的信噪比参数的绝对值，选择各信噪比参数绝对值中的较小值所对应的无人机进行路由。
6.如权利要求1所述的无线路由方法，其特征在于，所述HELLO控制包中还包括其发送者所对应的IP地址和当前HELLO控制包的序列号。
7.一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器和至少一个存储器；其特征在于，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行，以实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
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