申请/专利权人：南京邮电大学

申请日：2023-08-01

公开（公告）日：2023-10-31

公开（公告）号：CN116709359B

主分类号：H04W16/22

分类号：H04W16/22;H04W40/02;H04W40/20;H04W84/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.10.31#授权;2023.09.22#实质审查的生效;2023.09.05#公开

摘要：本发明公开了一种飞行AdHoc网络的自适应路由联合预测方法，属于通信技术领域，本发明所述的联合预测方法采用长短期记忆（LSTM）模型来预测和获取每个相邻无人机的机动性、缓冲区可用大小和链路过期时间，以避免出现高机动性、高流量和弱链路的无人机，并建立合适的路径；然后将路由决策问题表述为优化问题，并使用所提出的基于熵权的多度量（EWMM）方法进行快速联合路由决策。本发明所提出的集成的预测和决策过程考虑了当前和未来可能导致丢包或延迟的多度量因素，仿真结果证明了基于LSTM的联合预测（JP）模型的有效性，并表明JPE协议优于PAP和SPA协议。

主权项：1.一种飞行AdHoc网络的自适应路由联合预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1，构建由普通和灾区无人机组成的三维飞行AdHoc网络，即FANETS，无人机遵循相同的高斯-马尔可夫迁移模型；将无人机在时刻t的位置写成xt,yt,zt得到： 式中，S表示无人机的速度，后面的θt-1表示水平方向，表示俯仰角后面的对于S、θ和t表示迭代，步长α在范围[0,1]内；和表示平均值；和表示高斯分布的随机变量；其中假设每架无人机都有一个等长的缓冲区，缓冲区溢出会导致丢包；步骤S2：输入：无人机集合，路由请求，历史序列xt，运行时间T；当系统时间tT时，通过长短期记忆的联合预测模块自适应预测无人机的xt+1，并寻找合适的传输路径；利用长短期记忆的联合预测模块预测以下指标：缓冲区可用大小、传输速率和链路失效时间；其中通过长短期记忆的联合预测模块预测无人机的xt+1的指标内容包括：Qit+Δt＝max[Qit-bit,0]+ait相邻无人机，即NU，离散时间排队系统的内容表示为整数时隙t∈0,1,2,…处的Qt；假设系统的初始状态Q0为非负实值随机变量，未来状态分别由随机数据包到达和传输过程at和bt决定；其中数据包的到达用一个随机过程来描述，它是一个随时隙t∈0,1,2,…定义的实值随机变量序列；bt表示NU的队列在槽位t上可以处理的数据包数量，at表示到达槽位t的新数据包数量，假设at非负；bi为传输量，LET作为时差计算为ai表示到达数据包，计算为预测数据包到达率的乘积；时间间隔Δt定义为LET；其中信道的传输速率表示为： 式中Wc为当前无人机，即CU的带宽，Pc为CU的传输功率，δ为对数正态阴影分量，平均值为0dB，标准差为σS,||h||c,i为CUc与NUi之间的衰落幅度，采用瑞利分布建模，期望值为N0表示加性高斯白噪声的幂，λ为路径衰落指数，λ为路径衰落指数，一般选择在[2,4]范围内，dc,i表示CUc和NUi之间的距离；然后把LET表示为： 式中R表示无人机的通信范围， b＝xm-xn， d＝ym-yn， f＝zm-zn，其中，Sm和Sn表示速度值，和表示水平方向值，θm和θn表示俯仰角值，m和n分别表示CU和NU，路由决策受益于更高的LK；寻找合适的传输路径具体是指采用基于熵权的多度量方法来衡量路由路径的合适程度，其内容包括：首先，将每个决策因素归一化为： 式中，Xij表示第i个NU的第j个度量的决策度量，其中度量包括传输速率、链路持续时间、NU位置、NU速度等；式中N为单位个数，M为决策指标个数，αj为控制第j个决策指标取值范围的效率系数，并且CU根据如下公式得到第j个决策指标取值范围的熵： 其中Fij表示NUi的j个网络度量比例，写成 定义第j个决策指标的熵权为： 基于上述得到的归一化值和度量熵，CU得到第i个NU的可用性为： CU得到第i个NU的转发概率为： 通过上面计算过程，将NU-metric矩阵转换为决策概率向量：公式4：当上述公式4的决策向量中出现几个NUs不自洽的情况，CU通过当前数据包大小除以传输速率得出所需时间，如果所需时间小于链路失效时间LET，则消除该NU进行路由；同时，CU用比PAR计时链路失效时间LET更小的可用缓冲区大小来消除NU，或者在LET内的通信范围之外；在消除操作后，将剩余的NUs命名为候选NUs，即CNU集合；基于给定SDN的控制体系结构，集中控制器CC给出公式4右侧概率最高的路由决策，如下所示 式中，NBS表示基站数，Prop表示CNU集合p中候选路径的概率，通过上式求解最短路径算法得到可靠的路由解；步骤S3，当一架无人机收到路由请求执行时，用最短路径法求解，然后开始路由；步骤S4，利用超时计时器和确认包ACKs控制路由时间和重传；当无人机收到ACK报文则路由成功；如果超时则重新路由，如果是其他情况则路由失败，结束步骤S3至步骤S4的循环；步骤S5，更新t，回到步骤S2，直至结束循环。

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权利要求：

百度查询： 南京邮电大学 一种飞行Ad Hoc网络的自适应路由联合预测方法

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