MikrodrohnenschwärmeMESH-Netzwerk ist eine weitere Anwendung mobiler Ad-hoc-Netzwerke im Drohnenbereich. Im Gegensatz zum üblichen mobilen AD-hoc-Netzwerk werden Netzwerkknoten in Drohnen-Mesh-Netzwerken während der Bewegung nicht vom Gelände beeinflusst und ihre Geschwindigkeit ist im Allgemeinen viel höher als die traditioneller mobiler selbstorganisierender Netzwerke.
Seine Netzwerkstruktur ist größtenteils verteilt. Der Vorteil besteht darin, dass die Routing-Auswahl durch eine kleine Anzahl von Knoten im Netzwerk durchgeführt wird. Dies reduziert nicht nur den Netzwerkinformationsaustausch zwischen Knoten, sondern überwindet auch den Nachteil einer übermäßig zentralisierten Routing-Steuerung.
Die Netzwerkstruktur des UAV-SchwarmsMESH-Netzwerkekann in planare Struktur und Clusterstruktur unterteilt werden.
In der planaren Struktur weist das Netzwerk eine hohe Robustheit und Sicherheit, aber eine schwache Skalierbarkeit auf, was für selbstorganisierende Netzwerke im kleinen Maßstab geeignet ist.
In der Clusterstruktur weist das Netzwerk eine starke Skalierbarkeit auf und eignet sich besser für die Ad-hoc-Vernetzung großer Drohnenschwärme.
Planare Struktur
Die planare Struktur wird auch Peer-to-Peer-Struktur genannt. In dieser Struktur ist jeder Knoten hinsichtlich der Energieverteilung, der Netzwerkstruktur und der Routing-Auswahl gleich.
Aufgrund der begrenzten Anzahl von Drohnenknoten und der einfachen Verteilung weist das Netzwerk eine hohe Robustheit und hohe Sicherheit auf, und die Interferenzen zwischen den Kanälen sind gering.
Mit zunehmender Anzahl von Knoten nehmen jedoch die in jedem Knoten gespeicherten Routing-Tabellen und Aufgabeninformationen zu, die Netzwerklast steigt und der Systemsteuerungsaufwand nimmt stark zu, wodurch das System schwer zu steuern und anfällig für Zusammenbrüche ist.
Daher kann die planare Struktur nicht über eine große Anzahl von Knoten gleichzeitig verfügen, was zu einer schlechten Skalierbarkeit führt und nur für kleine MESH-Netzwerke geeignet ist.
Clustering-Struktur
Die Clusterstruktur besteht darin, die Drohnenknoten entsprechend ihrer unterschiedlichen Funktionen in mehrere verschiedene Subnetzwerke zu unterteilen. In jedem Subnetzwerk wird ein Schlüsselknoten ausgewählt, dessen Funktion darin besteht, als Kommandozentrale des Subnetzwerks zu fungieren und andere Knoten im Netzwerk zu verbinden.
Die Schlüsselknoten jedes Subnetzwerks in der Clusterstruktur sind miteinander verbunden und kommunizieren miteinander. Der Informationsaustausch zwischen Nicht-Schlüsselknoten kann über Schlüsselknoten oder direkt erfolgen.
Die Schlüsselknoten und Nicht-Schlüsselknoten des gesamten Subnetzwerks bilden zusammen ein Clustering-Netzwerk. Je nach Knotenkonfiguration kann es weiter in Einzelfrequenz-Clustering und Mehrfrequenz-Clustering unterteilt werden.
(1)Einzelfrequenz-Clustering
In der Single-Frequency-Clustering-Struktur gibt es vier Arten von Knoten im Netzwerk, nämlich Cluster-Head-/Nicht-Cluster-Head-Knoten und Gateway-/verteilte Gateway-Knoten. Die Backbone-Verbindung besteht aus Cluster-Kopf- und Gateway-Knoten. Jeder Knoten kommuniziert mit der gleichen Frequenz.
Mit dieser Struktur lässt sich einfach und schnell ein Netzwerk bilden, und die Frequenzbandauslastung ist ebenfalls höher. Allerdings ist diese Netzwerkstruktur anfällig für Ressourcenbeschränkungen, wie z. B. Übersprechen zwischen Kanälen, wenn die Anzahl der Knoten im Netzwerk zunimmt.
Um das Scheitern der Missionsausführung aufgrund von Gleichfrequenzstörungen zu vermeiden, sollte diese Struktur vermieden werden, wenn der Radius jedes Clusters in einem groß angelegten selbstorganisierenden Drohnennetzwerk ähnlich ist.
(2)Mehrfrequenz-Clustering
Im Gegensatz zum Einzelfrequenz-Clustering, bei dem es einen Cluster pro Schicht gibt, enthält das Mehrfrequenz-Clustering mehrere Schichten, und jede Schicht enthält mehrere Cluster. In einem Clusternetzwerk können Netzwerkknoten in mehrere Cluster unterteilt werden. Verschiedene Knoten in einem Cluster werden entsprechend ihrer Ebene in Cluster-Hauptknoten und Cluster-Mitgliedsknoten unterteilt und ihnen werden unterschiedliche Kommunikationsfrequenzen zugewiesen.
In einem Cluster haben Cluster-Mitgliedsknoten einfache Aufgaben und erhöhen den Netzwerk-Routing-Overhead nicht wesentlich, aber Cluster-Hauptknoten müssen den Cluster verwalten und komplexere Routing-Informationen pflegen, was viel Energie verbraucht.
Ebenso variieren auch die Kommunikationsabdeckungsmöglichkeiten je nach Knotenebene. Je höher die Stufe, desto größer die Abdeckungsfähigkeit. Wenn ein Knoten andererseits gleichzeitig zu zwei Ebenen gehört, bedeutet dies, dass der Knoten unterschiedliche Frequenzen verwenden muss, um mehrere Aufgaben auszuführen, sodass die Anzahl der Frequenzen der Anzahl der Aufgaben entspricht.
In dieser Struktur kommuniziert der Cluster-Kopf mit anderen Mitgliedern im Cluster und Knoten in anderen Clusterschichten, und die Kommunikation der einzelnen Schichten stört sich nicht gegenseitig. Diese Struktur eignet sich für selbstorganisierende Netzwerke zwischen Großdrohnen. Im Vergleich zu einer Einzelclusterstruktur bietet es eine bessere Skalierbarkeit, eine höhere Auslastung und kann komplexere Daten verarbeiten.
Da der Cluster-Hauptknoten jedoch eine große Datenmenge verarbeiten muss, ist der Energieverbrauch schneller als bei anderen Cluster-Knoten, sodass die Netzwerklebensdauer kürzer ist als bei der Single-Frequenz-Clustering-Struktur. Darüber hinaus ist die Auswahl der Cluster-Kopfknoten auf jeder Ebene im Clustering-Netzwerk nicht festgelegt und jeder Knoten kann als Cluster-Kopf fungieren. Ob ein bestimmter Knoten ein Cluster-Kopf werden kann, hängt von der Netzwerkstruktur ab, um zu entscheiden, ob der Clustering-Mechanismus gestartet werden soll. Daher spielt der Netzwerk-Clustering-Algorithmus eine wichtige Rolle im Clustering-Netzwerk.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. Juni 2024
