2022-06-26 16:20:47,您是第6814980位訪客!

搜索
特色新工科
Air flight
您的位置:首頁 > 特色新工科
無人機集群作戰通信Amesh自組網的關鍵技術探討

分類:特色新工科 發布日期:2022-04-22 發布人:溈徠

無人機集群作戰通信Amesh自組網的關鍵技術探討(圖1)


在復雜戰場環境中,集群無人機Amesh網絡以其高度的自適應性、抗毀性和網絡拓撲結構動態可變性等的巨大優勢成為未來無人機集群作戰的研究熱點。文章闡述了無人機Amesh網絡的基本概念,分析了無人機Amesh網絡的研究目的、面臨的問題,探討了集群無人機amesh網絡的關鍵技術。


關鍵詞:集群無人機;Amesh網絡;關鍵技術


隨著無人機技術、通信與網絡技術等的迅速發展,無人機在軍用領域的應用越來越廣泛,特別是在復雜多變的戰場環境下,無人機執行情報偵察、戰場監控、目標打擊、電子對抗、中繼通信等任務的優勢越來越明顯[1]。但同時單架無人機執行上述任務面臨著監視范圍窄、監視角度小、殺傷半徑小、工作效率低、毀傷能力弱等諸多方面的限制,制約了整體無人機系統作戰效能的提高。因此,無人機集群作戰將是未來戰場的主流趨勢。


1、無人機自組網簡介


1.1 無人機自組網基本概念

無人機自組織網絡(無人機Amesh網絡)是在無人機集群協同作戰中,無人機間的通信不完全依賴于地面控制站或衛星等固定基礎通信設施,而是將無人機作為移動網絡節點,各節點間依靠無線通信設備模塊實現無線通信的自主管理的動態網絡[2]。其具備無線多跳路由、節點高速移動性、網絡拓撲結構高動態變化性、節點網絡結構的異構性、非集中和自組織性、抗毀傷及抗干擾、智能性強等特點

1.2 無人機自組網研究的主要目的

(1)提高無人機集群的作戰效能。由于單個無人機攜帶模塊的限制,只能完成特定作戰任務,要想其完成其他作戰任務得由其他無人機完成,或者通過更換模塊然后重新升空完成任務,這樣使得無人機整體的作戰效能低[6]。但當無人機集群形成自組網絡時,此時的無人機集群就是一個完整的有機系統,可以同時完成多種作戰任務,這樣便可大幅度提高無人機集群的作戰效能。
(2)實現系統的可控性。無人機自組網是由所有無人機節點聯網后所形成的,因此,地面站控制中心或衛星等設備既可以對每個終端直接控制,還通過自組網實現對終端的控制。
(3)提高無人機系統抗干擾的能力。通過自組網絡使得無人機集群間不再是簡單的鏈式結構,即使在鏈中的任何環節出現故障,無人機整個無人機系統也不會癱瘓,這就意味著無人機系統的抗干擾能力得到了大幅提高。

2、無人機自組網面臨的問題


這幾年來無人機自組網的設計研究一直都是實現無人機集群作戰的核心方向之一,而且美國的研究報告《無人機路線圖》和《無人系統一體化路線圖》都重點指明無人機自組網設計是未來無人機集群作戰網絡的研究方向,但是目前依然面臨著許多問題。

2.1 路由協議與MAC層協議問題

集群無人機執行作戰任務時,無人機節點間的相對移動較快,且網絡拓撲結構復雜,勢必導致分組數據的丟失和路由的重新選擇,這將會增加集群無人機自組網的開銷,造成數據網絡傳輸的堵塞紊亂,降低了信道的利用率,這就需要依靠路由協議與MAC層協議去解決。

2.2 網絡服務質量(QoS)問題

集群無人機自組網的重要功能之一便是實現數據信息的可靠高速傳輸,服務質量控制算是無人機集群作戰自組網的關鍵技術之一。由于無人機自組網具備路由多跳性、網絡拓撲結構多變性、帶寬有限性等,使得網絡服務質量難以得到保證。

2.3 安全性及信息處理能力問題

自身無線鏈路因固有的開放特性而存在無線信道傳送的數據信息容易被竊聽、篡改及干擾等安全漏洞[8];由于無人機自組網傳輸的信道帶寬有限,如果這些數據信息不進行過濾、融合、壓縮等預處理,會直接影響無線信道傳輸的效率,容易造成信道的阻塞。

無人機集群作戰通信Amesh自組網的關鍵技術探討(圖2)


3、無人機自組網的關鍵技術


3.1 路由協議

由于無人機集群作戰的自組網中的無線通信是通過無人機節點進行的,網內的每個無人機節點都可以作為路由器,向其他節點轉發數據,因此,開發一種良好的路由協議是建立可靠、高效、擴展性好的無人機Amesh網絡的關鍵。一種理想的路由協議通常要能實現以下功能:
(1)能動態感知自組網拓撲結構的變化;
(2)能自主維護自組網拓撲的連接;
(3)高度自適應的路由;
(4)提供安全機制等。目前的無人機自組網路由協議通常分為反應式路由、先應式路由、混合式路由、靜態路由、基于地理位置路由等,如表1所示[2]。所以,開發一種適合無人機集群作戰自組網的路由協議是解決實現無人機自組網可靠高速數據傳輸的關鍵。

3.2 MAC協議

MAC層協議直接管理著無線信道上分組的收發,它直接決定非常有限的無線通信資源的效率高低,對無人機Ad hoc網絡的性能起著關鍵性的作用。高效的MAC協議應該具備更高的信道重用能力、避免信道數據沖突能力、有效解決數據沖突的能力等。針對信道接入策略的不同,目前的無人機Amesh網絡的MAC協議通??煞譃?類:
     (1)基于競爭機制的MAC協議;
     (2)基于調度機制的MAC協議;
     (3)混合類MAC協議。

3.3 服務質量

由于無人機Amesh網絡具有無線多跳路由、網絡拓撲結構復雜多變、帶寬有限等特性,使得傳統的服務質量控制協議不能滿足無人機集群Amesh網絡間數據信息的可靠高速傳輸要求,所以,急需研究設計一款高效的網絡服務質量控制協議,使得無人機Ad hoc網絡中各節點能協同工作,共同高效完成作戰任務。目前無人機Amesh網絡的服務質量控制協議主要有:QoS信令協議、系統QoS模式、QoS-MAC訪問控制及QoS路由算法等。

3.4 網絡安全策略與認證技術


無人機集群作戰通信Amesh自組網的關鍵技術探討(圖3)


由于無人機Amesh網絡通過在無人機節點間進行無線信道通信,易受到被動竊聽、敵方入侵、信息攔截、篡改偽造等攻擊。當無人機節點在復雜戰場上高速移動時,由于移動終端與無線網絡之間缺乏固定的物理連接,網絡易被其他用戶占用,也使得受到攻擊的風險增加。當前可用的網絡安全策略主要有:

(1)基于密碼的認證協議,是指所有網絡節點都參與對話密鑰的生成,因此,攻擊者無法阻止密鑰的生成。

(2)“復活節鴨”安全模型,“復活節鴨”安全模型基于鴨子在孵化時將第一個移動物體視為其母親的原則。

(3)異步分布式密鑰管理,該方法使用加密機制來保護路由信息和數據交換。

4、結語


在未來復雜的戰場環境中,集群無人機依托Amesh網絡協同通信作戰是未來無人機集群作戰的主流趨勢,因此,無人機Ad hoc網絡技術的研究具有廣泛的前景,其中,通信網絡中路由協議、MAC協議、QoS協議及網絡安全技術是未來無人機集群Amesh網絡的重點研究方向。


友情鏈接

同創溈徠

秘書長處:上海市楊浦區國定東路200號1號樓1611室
Copyright ? 2021-2022 溈徠教育科技 版權所有 網站備案號:滬ICP備2021002800號    公安機關備案號  31011002005451
天下第一社区在线观看 welcome_亚洲国产精品网址_2012国语版在线看BD免费_性生活视频网址