CN114900868B - 基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法 - Google Patents

基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法 Download PDF

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Abstract

基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，本发明为解决无人机自组网的路由协议在数据传输时无法同时平衡多个负载，也无法实现按需传输数据的要求的问题，建立无人机自组网；每个无人机节点均根据传输数据的属性确定数据传输的目标点和数据传输方案，传输数据的属性包括能量负载以及链路通信质量和紧急通信；数据传输的目标点为网关节点和目标无人机节点；数据传输方案包括数据传输方案A和数据传输方案B；当传输数据的属性为能量负载以及链路通信质量时，则数据传输的目标点为网关节点，选择数据传输方案A；当传输数据的属性为紧急通信时，则数据传输的目标点为目标无人机节点，选择数据传输方案B。属于无人机数据传输领域。

Description

基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法
技术领域
本发明涉及一种数据传输方法，具体涉及一种基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，属于无人机数据传输领域。
背景技术
随着无人驾驶飞行器技术的快速发展，大规模无人驾驶飞行器的部署已经成为可能。大规模无人机的形成可以作为云端的侦察、监测、控制和信息收集任务，这些任务是人类或地面设备难以完成的。未来，随着无人机在尺寸和成本方面的不断改进，超大规模的廉价小型无人机将被定期部署，组成无人机自组网络满足各类需求。无人机自组网中，为满足数据信息传输的需求，最重要的优化方向即是路由协议的研究。现有的无人机自组网的路由协议在数据传输时无法同时平衡多个负载，也无法实现按需传输数据的要求。
发明内容
本发明为了解决无人机自组网的路由协议在数据传输时无法同时平衡多个负载，也无法实现按需传输数据的要求的问题，进而提出了一种基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法。
本发明采取的技术方案是：
它包括以下步骤：
S1、建立无人机自组网，无人机自组网包括网关节点和无人机节点；
S2、每个无人机节点均根据传输数据的属性确定数据传输的目标点和数据传输方案，传输数据的属性包括能量负载以及链路通信质量和紧急通信；数据传输的目标点为网关节点和目标无人机节点；数据传输方案包括数据传输方案A和数据传输方案B；
当传输数据的属性为能量负载以及链路通信质量时，则数据传输的目标点为网关节点，选择数据传输方案A；
当传输数据的属性为紧急通信时，则数据传输的目标点为目标无人机节点，选择数据传输方案B。
优选的，所述S2中选择的数据传输方案A，具体过程为：
a、每个无人机节点均接收邻居节点的控制信息，得到所述控制信息的包头，再对所述控制信息进行提取，得到所述控制信息的内容，所述控制信息的内容包括无人机节点的Rank值；
b、每个无人机节点根据接收到的所述控制信息的包头比较所述每个无人机节点的Rank值与邻居节点的Rank值，若某个无人机节点的Rank值小于或等于邻居节点的Rank值，则邻居节点不能作为某个无人机节点的父节点；否则，利用结合能量优化的Rank值计算方法选取Rank值最小的邻居节点作为某个无人机节点的父节点；
c、将b中得到所述父节点的控制信息发送给所述父节点的邻居节点，所述父节点的邻居节点重复执行a-c，直至得到的父节点为网关节点，得到数据传输方案A的数据传输路径。
优选的，所述a中得到的所述控制信息的内容还包括邻居节点的能量信息、控制消息中是否含有紧急通信标志位。
优选的，所述b中否则，利用结合能量优化的Rank值计算方法选取Rank值最小的邻居节点作为某个无人机节点的父节点，具体过程如下：
若某个无人机节点的Rank值大于H个邻居节点的Rank值，则H个邻居节点作为某个无人机节点的候选父节点，利用结合能量优化的Rank值计算方法分别计算出H个邻居节点的Rank值，根据得到的H个邻居节点的Rank值选取H个邻居节点中Rank值最小的一个邻居节点作为某个无人机节点的父节点。
优选的，所述b中的结合能量优化的Rank值计算方法，具体过程如下：
Rank(i)＝min{Rank(p)+ω3·EEMP} (1)
其中，Rank(i)表示无人机节点i的Rank值；
Rank(p)表示候选父节点的Rank值；
EEMP表示候选父节点的EEM值；
ω3为常数项。
优选的，所述EEM值为：
EEM＝ω1·new_ETX+ε(σ-ω2·new_ETX)·Node_Energy (2)
EEM表示能量优化度量标准；
ω1，ω2，σ均为常数项；
ε(·)表示阶跃函数；
new_ETX表示ETX值；
Node_Energy表示候选父节点的历史能量总消耗值。
优选的，所述S2中选取的数据传输方案B，具体过程为：
Ⅰ、每个无人机节点均接收邻居节点的控制信息，对所述控制信息进行提取，得到所述控制信息的内容，所述控制信息的内容包括邻居节点的能量信息、控制消息中是否含有紧急通信标志位；
Ⅱ、每个无人机节点将接收的含有紧急通信标志位的控制信息发送给所述每个无人机节点的邻居节点，利用邻居节点之间相互传输的原则将所述含有紧急通信标志位的控制信息传输至目标无人机节点；
Ⅲ、目标无人机节点接收到所述含有紧急通信标志位的控制信息后，利用邻居节点之间相互传输的原则将已接收指令传输至所述每个无人机节点，若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行传输；若所述每个无人机节点未接收到邻居节点发送的已接收指令，则重复执行Ⅱ-Ⅲ。
优选的，所述Ⅲ中的节点选取方法，具体过程为：
Figure BDA0003640521490000031
其中，DEQ表示距离能量的质量；
Dist表示节点距离；
ω4，ω5为常数。
优选的，所述Ⅲ中若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行传输，具体过程为：
若所述每个无人机节点接收到一个或多个邻居节点发送的已接收指令，则利用所述一个或多个邻居节点和节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，在所有数据传输路径中选取若干个DEQ值最大的无人机节点，直至选取的无人机节点达到目标无人机节点，得到最优的数据传输路径。
优选的，所述Ⅲ中若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行单跳或多跳传输。
有益效果：
本发明在低功耗有损网络路由协议的基础之上，考虑多跳网络的框架，为满足无人机自组网络的通讯需求，设计了基于能量优化的两种数据传输方案：一种是同时满足低功耗有损网络路由框架下的能量优化和通信链路质量的数据传输方案，即数据传输方案A，数据传输方案A将网络中无人机节点的传输数据通过多跳的方式传输至网关节点；另一类是满足在紧急通信状态下绕过网关节点实现点对点数据传输的方案，即数据传输方案B，数据传输方案B将网络中无人机节点的传输数据通过单跳或多跳的方式传输至目标无人机节点。在应用时无人机节点根据传输数据的属性确定数据传输的目标点和数据传输方案，传输数据的属性包括能量负载以及链路通信质量和紧急通信；数据传输的目标点为网关节点和目标无人机节点；数据传输方案包括数据传输方案A和数据传输方案B；当传输数据的属性为能量负载以及链路通信质量时，则数据传输的目标点为网关节点，选择数据传输方案A，数据传输方案A既实现了网络能量负载优化，又实现了链路连接质量综合保证；所以解决了无人机自组网的路由协议在数据传输时无法同时平衡多个负载的问题；当传输数据的属性为紧急通信时，则数据传输的目标点为目标无人机节点，选择数据传输方案B，数据传输方案B实现了在紧急通信情况下绕过网关节点进行无人机点对点通信。即本发明能够根据传输数据的属性或通信的需求选择对应的数据传输方案，从而实现对整个网络负载的优化以及紧急通信的需求。本发明相较于传统的无人机自组网络路由方案，在能够实现网络能量负载优化的同时保证通信链路质量，并且能够满足紧急通信的即时性需求。
附图说明
图1是无人机应用场景示意图；
图2是路由方案B父节点选取示意图；
图3是ETX及EEM丢包率对比图；
图4是ETX网络负载情况示意图；
图5是EEM网络负载情况示意图；
图6是ETX节点能耗情况示意图；
图7是EEM节点能耗情况示意图；
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式所述一种基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，它包括以下步骤：
S1、建立无人机自组网，无人机自组网包括网关节点和无人机节点。
在住宅、工业或其他需要使用无线传感器或其他终端的地区上空部署多架无人机，多架无人机组成无人机自组网，在所述无人机自组网内每架无人机均作为一个节点，且其中一个无人机节点作为网关节点，整个网络中其他无人机节点收集、产生的数据最终都将通过单跳或者多跳传输的方式，汇集到网关节点处。所述每个无人机均负责一个相对固定的区域，无人机自组网利用无人机的机动性，尽可能地覆盖广泛的地理区域。由于无人机之间的相对位置是固定的，所以这样可以保证用最少的无人机覆盖最广的范围。如图1所示，小的空心圆代表无人机，随机分布的黑点代表无线传感器或终端，虚线的大圈代表每个无人机所覆盖的通信范围，其中无人机能够以固定或随机的方式移动，最终让所有的传感器和终端被多个无人机所覆盖。
S2、每个无人机节点均根据传输数据的属性确定数据传输的目标点和数据传输方案，传输数据的属性包括能量负载以及链路通信质量和紧急通信；数据传输的目标点为网关节点和目标无人机节点；数据传输方案包括数据传输方案A和数据传输方案B；
当传输数据的属性为能量负载以及链路通信质量时，即传输数据对网络负载以及链路通信质量敏感的数据包，则数据传输的目标点为网关节点，选择数据传输方案A计算数据传输的最优路径，数据传输方案A既实现了网络能量负载优化，又实现了链路连接质量综合保证，所述数据传输方案A，具体过程为：
a、每个无人机节点均接收邻居节点的控制信息，得到所述控制信息的包头，再对所述控制信息进行提取，得到所述控制信息的内容，所述控制信息的内容包括邻居节点的Rank值。
每个目标点为网关节点的无人机节点均接收来自每个邻居节点发送的控制信息，即可直接得到所述控制信息的包头，再提取所述控制信息的内容，得到提取后的所述控制信息的详细内容，以便于后续计算每个无人机节点的Rank值，得到数据传输方案A中数据传输的最优路径。所述控制信息的详细内容包括邻居节点的Rank值、邻居节点的能量信息、控制消息中是否含有紧急通信标志位等。
b、每个无人机节点根据接收到的所述控制信息的包头比较所述每个无人机节点的Rank值与邻居节点的Rank值，若某个无人机节点的Rank值小于或等于邻居节点的Rank值，则邻居节点不能作为某个无人机节点的父节点；否则，利用结合能量优化的Rank值计算方法选取Rank值最小的邻居节点作为某个无人机节点的父节点。
利用a中接收到的所述控制信息的包头依次比较所述每个无人机节点的Rank值与所有邻居节点的Rank值的大小，若某个无人机节点的Rank值小于或等于某一个或多个邻居节点的Rank值，则所述某一个或多个邻居节点不能作为某个无人机节点的父节点，即所述某一个或多个邻居节点排除在某个无人机节点的父节点列表之外；若某个无人机节点的Rank值大于某一个或多个邻居节点的Rank值，则利用结合能量优化的Rank值计算方法选取Rank值最小的邻居节点作为某个无人机节点的父节点，父节点即表示下一个传输节点。
例如，当无人机节点S接收到了通信范围内的邻居节点(所述邻居节点为无人机节点X、Y、Z和A)发送的控制信息时，即可依次得到每个控制信息的包头，通过依次阅读接收到的控制信息的包头，无人机节点S能够得到无人机节点A的Rank值大于或等于自身(无人机节点S)的Rank值，也就是说，无人机节点A在逻辑上位于无人机节点S的下行方向，所以无人机节点A被排除在无人机节点S的候选父节点之外。而无人机节点X、Y和Z的Rank值均小于无人机节点S的Rank值，所以无人机节点X、Y和Z被列为候选父节点。同时，利用结合能量优化的Rank值计算方法分别计算无人机节点X、Y和Z的Rank值，首先，通过MAC层的邻居响应机制，无人机节点S能够估计候选父节点与自身(无人机节点S)之间的ETX值。通过常规计算处理后得到无人机节点S和无人机节点Z之间的ETX值大于设定的阈值，阈值可以根据需求设置，则不能保证数据传输时通信链路的质量，所以无人机节点Z被从候选父节点中删除。而无人机节点S与无人机节点X之间的ETX值和无人机节点S与无人机节点Y之间的ETX值小于设定的阈值，所以无人机节点S会选择无人机节点X和无人机节点Y中Rank值最小的一个作为父节点(下一个传输节点)。即若某个无人机节点的Rank值大于H个邻居节点的Rank值，则H个邻居节点作为某个无人机节点的候选父节点，利用结合能量优化的Rank值计算方法分别计算出H个邻居节点的Rank值，根据得到的H个邻居节点的Rank值选取H个邻居节点中Rank值最小的一个邻居节点作为某个无人机节点的父节点。
所述结合能量优化的Rank值计算方法，具体过程如下：
根据无人机自组网络的环境，采用数据传输方案A时，本发明的无人机节点的Rank值确定方法是根据能量优化度量标准(EEM)实现的，EEM能够同时权衡链路通信质量以及能量负载。
在无人机自组网中，ETX表征无人机节点之间的链路通信质量，由公式(1)得到：
new_ETX＝a·recorded_ETX+(1-a)·packet_ETX (1)
其中，new_ETX表示ETX值；
a为常数项，a∈[0,1]；
recorded_ETX表示邻居节点的链路度量值link_metrics；
packet_ETX表示用于计算ETX值的变量值；
若无人机节点未接收到邻居节点发送的控制信息，则将packet_ETX手动置为最大值，该最大值针对不同的网络状况可以自主进行调节；反之，若无人机节点接收到邻居节点发送的控制信息，则会手动设置packet_ETX的最大值，然后对此最大值进行递减操作，得到最后的packet_ETX，由此可以反应节点之间通链路质量。每完成一轮的new_ETX计算后均会将新得到的ETX值赋值给recorded_ETX进行下一轮的更新计算。
候选父节点的历史能量总消耗值的Node_Energy由公式(2)得到：
Node_Energy＝Pcpu·Tcpu+Plpm·Tlpm+Prt·Trt+Prl·Trl (2)
其中，Pcpu，Tcpu表示处理器模块全速运行状态下的功率及时间；
Plpm，Tlpm表示处理器模块低功耗模式下运行的功率及时间；
Prt，Trt表示无线通信模块发送状态下的功率及时间；
Prl，Trl表示无线通信模块监听下的功率及时间；
无人机节点工作的电压及不同模式下的电流通常是固定的常量，因此只需要测量无人机节点在不同状态下的工作时间，就可以计算出无人机节点的能耗。
所述EEM值由公式(3)得到：
EEM＝ω1·new_ETX+ε(σ-ω2·new_ETX)·Node_Energy (3)
EEM表示能量优化度量标准；
ω1，ω2，σ均为常数项；
ε(·)表示阶跃函数。
Rank(i)＝min{Rank(p)+ω3·EEMP} (4)
其中，Rank(i)表示无人机节点i的Rank值；
Rank(p)表示候选父节点的Rank值；
EEMP表示候选父节点的EEM值；
ω3为常数项。
c、将b中得到所述父节点的控制信息发送给所述父节点的邻居节点，所述父节点的邻居节点重复执行a-c，直至得到的父节点为网关节点，即可得到数据传输方案A的数据传输路径。
在得到b中所述每个无人机节点的父节点后，根据任意相邻的邻居节点之间能够相互传输信息的原则即可直接得到所述父节点的控制信息。利用结合能量优化的Rank值计算方法重新计算所述每个无人机节点的Rank值，并发送给所述每个无人机节点的邻居节点，目的是由于无人机的数据传输是实时更新的，所以重新计算所述每个无人机节点的Rank值以便于后续数据传输时选择传输路径。同时将b中得到所述父节点的控制信息发送给所述父节点的邻居节点，并重复执行a-c，直至得到的父节点为网关节点，如此设置，便于利用所述父节点计算得到下一个父节点(下一个传输节点)，保证通过依次计算可得到一条最优的数据传输路径，直至得到的父节点为网关节点，至此，所有的父节点均已计算完成，系统自动停止计算，得到数据传输方案A中最优的数据传输路径。
如，根据无人机节点1计算得到无人机节点1的父节点(下一个传输节点)为无人机节点2，则利用结合能量优化的Rank值计算方法重新计算此时无人机节点1的Rank值，并将得到的最新的Rank值发送给无人机节点1的邻居节点；同时将无人机节点2的控制信息发送给无人机节点2的邻居节点，无人机节点2的邻居节点接收无人机节点2的控制信息并进行内容提取，即重复执行上述的a-c，直至得到的父节点为网关节点，从而完成数据传输方案A中数据传输路径的计算。
当传输数据的属性为紧急通信时，即传输数据对即时性(点对点通信)敏感的数据包，则数据传输的目标点为目标无人机节点，选择数据传输方案B计算数据传输的最优路径，所述数据传输方案B，具体过程为：
Ⅰ、每个无人机节点均接收邻居节点的控制信息，对所述控制信息进行提取，得到所述控制信息的内容，所述控制信息的内容包括邻居节点的Rank值、邻居节点的能量信息、控制消息中是否含有紧急通信标志位等。
每个目标点为目标无人机节点的无人机节点均接收来自每个邻居节点发送的控制信息，再提取所述控制信息的内容，得到提取后的所述控制信息的详细内容，目的是便于后续计算数据传输路径，得到数据传输方案B中数据传输的最优路径。目标无人机节点为紧急通信时的数据传输终点或目标点。
Ⅱ、每个无人机节点将接收的含有紧急通信标志位的控制信息发送给所述每个无人机节点的邻居节点，利用邻居节点之间相互传输的原则将所述含有紧急通信标志位的控制信息传输至目标无人机节点。
每个无人机节点将接收的含有紧急通信标志位的控制信息依次或同时发送给与所述每个无人机节点相邻的每个邻居节点，利用任意相邻的邻居节点之间能够相互传输的原则以达到将所述含有紧急通信标志位的控制信息传输至目标无人机节点的目的。
Ⅲ、目标无人机节点接收到所述含有紧急通信标志位的控制信息后，利用邻居节点之间相互传输的原则将已接收指令传输至所述每个无人机节点，若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行传输；若所述每个无人机节点未接收到邻居节点发送的已接收指令，则重复执行Ⅱ-Ⅲ。
目标无人机节点一旦接收到所述含有紧急通信标志位的控制信息，则表明此次的数据传输可以实现，那么目标无人机节点会再次通过若干的邻居节点将已接收到信息的指令发送至所述每个无人机节点(数据传输起点)，从而便于计算出数据传输方案B中最优的数据传输路径。若所述每个无人机节点接收到附近一个或多个邻居节点发送的已接收指令，则利用所述一个或多个邻居节点和节点选取方法计算所述每个无人机节点(数据传输起点)与目标无人机节点之间的所有可能的数据传输路径，在得到所有数据传输路径后，根据公式(3)计算所有数据传输路径中每个无人机节点的DEQ值大小，再选取所有数据传输路径中最优的数据传输路径，当无人机节点的DEQ值越大或越高，优先级就越高，则此无人机节点被选取作为最优的数据传输路径中父节点的概率就越高，即在所有数据传输路径中选取若干个DEQ值最大的无人机节点，以此类推，直到选取的无人机节点达到目标无人机节点，得到最优的数据传输路径。根据得到的最优的数据传输路径进行单跳或多跳传输；若所述每个无人机节点未接收到邻居节点发送的已接收指令，则重复执行Ⅱ-Ⅲ，直至达到设置的传输次数上限或所述每个无人机节点(数据传输起点)接收到附近邻居节点发送的已接收指令，若达到设置的传输次数上限，则所述每个无人机节点会提示数据错误或异常；若所述每个无人机节点(数据传输起点)接收到附近邻居节点发送的已接收指令，则执行上述记载的此种情况的解决方式。
根据无人机自组网络的环境，采用数据传输方案B时，无人机节点的选取以距离能量的质量(DEQ)为基础，则所述节点(传输路径中的父节点)选取方法，具体过程为：
Figure BDA0003640521490000101
其中，DEQ表示距离能量的质量；
Dist表示节点距离；
ω4，ω5为常数。
在计算出所有可能的数据传输路径之后，根据DEQ的值大小选取最优数据传输路径中的父节点。我们假设有N个可能作为父节点的无人机节点，那么在这N个无人机节点中，DEQ的值最大的就作为下一个父节点，以此类推，直到达到目标无人机节点。
本发明基于能量优化的无人机自组网路由协议进行研究。在无人机自组网络中，基于能量优化的方法能够实现整个网络能量负载的优化，这是因为在数据传输路径的选择中，与其他传统路由协议相比，基于能量优化的方法将考虑节点能量的问题，能够避免一些低能量节点的超载。因此，基于能量优化的数据传输可以利用该特性减少网络能量负载，并且在此基础之上，还能够满足数据传输路径的连接成功率，从而提高数据传输的能量效率和传输效率。
如图4-图6所示，表示的是利用无人机自组网中其他典型的路由协议进行对比，例如基于ETX路由度量的低功耗有损网络路由协议，目的是在分析路由协议性能优劣时起到对比的作用。
以上对本发明所提供的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法进行了详细介绍，本发明以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、建立无人机自组网，无人机自组网包括网关节点和无人机节点；
S2、每个无人机节点均根据传输数据的属性确定数据传输的目标点和数据传输方案，传输数据的属性包括能量负载以及链路通信质量和紧急通信；数据传输的目标点为网关节点和目标无人机节点；数据传输方案包括数据传输方案A和数据传输方案B；
当传输数据的属性为能量负载以及链路通信质量时，则数据传输的目标点为网关节点，选择数据传输方案A；
当传输数据的属性为紧急通信时，则数据传输的目标点为目标无人机节点，选择数据传输方案B；
所述S2中选择的数据传输方案A，具体过程为：
a、每个无人机节点均接收邻居节点的控制信息，得到所述控制信息的包头，再对所述控制信息进行提取，得到所述控制信息的内容，所述控制信息的内容包括邻居节点的Rank值；
b、每个无人机节点根据接收到的所述控制信息的包头比较所述每个无人机节点的Rank值与邻居节点的Rank值，若某个无人机节点的Rank值小于或等于邻居节点的Rank值，则邻居节点不能作为某个无人机节点的父节点；否则，利用结合能量优化的Rank值计算方法选取Rank值最小的邻居节点作为某个无人机节点的父节点；
c、将b中得到所述父节点的控制信息发送给所述父节点的邻居节点，所述父节点的邻居节点重复执行a-c，直至得到的父节点为网关节点，得到数据传输方案A的数据传输路径。
2.根据权利要求1中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述a中得到的所述控制信息的内容还包括邻居节点的能量信息、控制消息中是否含有紧急通信标志位。
3.根据权利要求2中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述b中否则，利用结合能量优化的Rank值计算方法选取Rank值最小的邻居节点作为某个无人机节点的父节点，具体过程如下：
若某个无人机节点的Rank值大于H个邻居节点的Rank值，则H个邻居节点作为某个无人机节点的候选父节点，利用结合能量优化的Rank值计算方法分别计算出H个邻居节点的Rank值，根据得到的H个邻居节点的Rank值选取H个邻居节点中Rank值最小的一个邻居节点作为某个无人机节点的父节点。
4.根据权利要求3中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述b中的结合能量优化的Rank值计算方法，具体过程如下：
Rank(i)＝min{Rank(p)+ω3·EEMP} (1)
其中，Rank(i)表示无人机节点i的Rank值；
Rank(p)表示候选父节点的Rank值；
EEMP表示候选父节点的EEM值，EEM表示能量优化度量标准；
ω3为常数项。
5.根据权利要求4中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述EEM值为：
EEM＝ω1·new_ETX+ε(σ-ω2·new_ETX)·Node_Energy (2)
ω1，ω2，σ均为常数项；
ε(·)表示阶跃函数；
new_ETX表示ETX值，ETX表征无人机节点之间的链路通信质量；
Node_Energy表示候选父节点的历史能量总消耗值。
6.根据权利要求5中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述S2中选取的数据传输方案B，具体过程为：
Ⅰ、每个无人机节点均接收邻居节点的控制信息，对所述控制信息进行提取，得到所述控制信息的内容，所述控制信息的内容包括邻居节点的Rank值、邻居节点的能量信息、控制消息中是否含有紧急通信标志位；
Ⅱ、每个无人机节点将接收的含有紧急通信标志位的控制信息发送给所述每个无人机节点的邻居节点，利用邻居节点之间相互传输的原则将所述含有紧急通信标志位的控制信息传输至目标无人机节点；
Ⅲ、目标无人机节点接收到所述含有紧急通信标志位的控制信息后，利用邻居节点之间相互传输的原则将已接收指令传输至所述每个无人机节点，若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行传输；若所述每个无人机节点未接收到邻居节点发送的已接收指令，则重复执行Ⅱ-Ⅲ。
7.根据权利要求6中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述Ⅲ中的节点选取方法，具体过程为：
Figure FDA0003882458980000031
其中，DEQ表示距离能量的质量；
Dist表示节点距离；
ω4，ω5为常数。
8.根据权利要求7中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述Ⅲ中若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行传输，具体过程为：
若所述每个无人机节点接收到一个或多个邻居节点发送的已接收指令，则利用所述一个或多个邻居节点和节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，在所有数据传输路径中选取若干个DEQ值最大的无人机节点，直至选取的无人机节点达到目标无人机节点，得到最优的数据传输路径。
9.根据权利要求8中所述的基于能量优化的无人机自组网路由协议的数据传输方法，其特征在于：所述Ⅲ中若所述每个无人机节点接收到邻居节点发送的已接收指令，则利用节点选取方法计算所述每个无人机节点与目标无人机节点之间的所有数据传输路径，并选取最优的数据传输路径进行单跳或多跳传输。
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