Micro-drone zwermenMESH-netwerk is een verdere toepassing van mobiele ad-hocnetwerken op het gebied van drones. Anders dan bij het gewone mobiele AD-hoc-netwerk worden netwerkknooppunten in drone-mesh-netwerken tijdens beweging niet beïnvloed door terrein, en is hun snelheid over het algemeen veel sneller dan die van traditionele mobiele zelforganiserende netwerken.
De netwerkstructuur is grotendeels gedistribueerd. Het voordeel is dat de routeringsselectie wordt voltooid door een klein aantal knooppunten in het netwerk. Dit vermindert niet alleen de uitwisseling van netwerkinformatie tussen knooppunten, maar overwint ook het nadeel van een te gecentraliseerde routeringscontrole.
De netwerkstructuur van UAV-zwermMESH-netwerkenkan worden onderverdeeld in vlakke structuur en geclusterde structuur.
In de vlakke structuur heeft het netwerk een hoge robuustheid en veiligheid, maar een zwakke schaalbaarheid, wat geschikt is voor kleinschalige zelforganiserende netwerken.
In de geclusterde structuur heeft het netwerk een sterke schaalbaarheid en is het meer geschikt voor grootschalige ad-hoc-netwerken met dronezwermen.
Vlakke structuur
De vlakke structuur wordt ook wel een peer-to-peer-structuur genoemd. In deze structuur is elk knooppunt hetzelfde wat betreft energiedistributie, netwerkstructuur en routeringsselectie.
Vanwege het beperkte aantal drone-nodes en de eenvoudige distributie is het netwerk sterk robuust en veilig, en is de interferentie tussen kanalen klein.
Naarmate het aantal knooppunten echter toeneemt, nemen de routeringstabel en de taakinformatie die in elk knooppunt zijn opgeslagen toe, neemt de netwerkbelasting toe en neemt de overhead van de systeemcontrole sterk toe, waardoor het systeem moeilijk te controleren is en vatbaar is voor instorting.
Daarom kan de vlakke structuur niet tegelijkertijd een groot aantal knooppunten hebben, wat resulteert in een slechte schaalbaarheid en alleen geschikt is voor kleinschalige MESH-netwerken.
Clusterende structuur
De clusterstructuur is bedoeld om de drone-nodes in verschillende subnetwerken te verdelen op basis van hun verschillende functies. In elk subnetwerk wordt een sleutelknooppunt geselecteerd, wiens functie het is om te dienen als commandocontrolecentrum van het subnetwerk en om andere knooppunten in het netwerk te verbinden.
De belangrijkste knooppunten van elk subnetwerk in de clusterstructuur zijn met elkaar verbonden en communiceren. Informatie-uitwisseling tussen niet-sleutelknooppunten kan via sleutelknooppunten of rechtstreeks worden uitgevoerd.
De sleutelknooppunten en niet-sleutelknooppunten van het gehele subnetwerk vormen samen een clusternetwerk. Volgens verschillende knooppuntconfiguraties kan het verder worden onderverdeeld in clustering met één frequentie en clustering met meerdere frequenties.
(1) Clustering met één frequentie
In de clusterstructuur met één frequentie zijn er vier typen knooppunten in het netwerk, namelijk clusterhoofd/niet-clusterhoofdknooppunten, gateway/gedistribueerde gatewayknooppunten. De backbone-verbinding bestaat uit clusterhoofd- en gateway-knooppunten. Elk knooppunt communiceert met dezelfde frequentie.
Deze structuur is eenvoudig en snel om een netwerk te vormen, en de benuttingsgraad van de frequentieband is ook hoger. Deze netwerkstructuur is echter gevoelig voor resourcebeperkingen, zoals overspraak tussen kanalen wanneer het aantal knooppunten in het netwerk toeneemt.
Om te voorkomen dat de missie-uitvoering mislukt als gevolg van co-frequentie-interferentie, moet deze structuur worden vermeden wanneer de straal van elke cluster vergelijkbaar is in een grootschalig zelforganiserend drone-netwerk.
(2) Clustering met meerdere frequenties
Anders dan bij clustering met één frequentie, waarbij één cluster per laag bestaat, bevat clustering met meerdere frequenties meerdere lagen en bevat elke laag verschillende clusters. In een geclusterd netwerk kunnen netwerkknooppunten in meerdere clusters worden verdeeld. Verschillende knooppunten in een cluster zijn onderverdeeld in clusterhoofdknooppunten en clusterlidknooppunten op basis van hun niveaus, en er worden verschillende communicatiefrequenties toegewezen.
In een cluster hebben clusterlidknooppunten eenvoudige taken en zullen ze de netwerkrouteringsoverhead niet significant vergroten, maar clusterhoofdknooppunten moeten het cluster beheren en complexere routeringsinformatie moeten onderhouden, wat veel energie kost.
Op dezelfde manier variëren de mogelijkheden voor communicatiedekking ook afhankelijk van de verschillende knooppuntniveaus. Hoe hoger het niveau, hoe groter het dekkingsvermogen. Aan de andere kant, wanneer een knooppunt tegelijkertijd tot twee niveaus behoort, betekent dit dat het knooppunt verschillende frequenties moet gebruiken om meerdere taken uit te voeren, dus het aantal frequenties is hetzelfde als het aantal taken.
In deze structuur communiceert het clusterhoofd met andere leden in het cluster en knooppunten in andere lagen van clusters, en interfereert de communicatie van elke laag niet met elkaar. Deze structuur is geschikt voor zelforganiserende netwerken tussen grootschalige drones. Vergeleken met een enkele clusterstructuur heeft het een betere schaalbaarheid, een hogere belasting en kan het complexere gegevens verwerken.
Omdat het clusterhoofdknooppunt echter een grote hoeveelheid gegevens moet verwerken, is het energieverbruik sneller dan bij andere clusterknooppunten, waardoor de levensduur van het netwerk korter is dan bij de clusterstructuur met één frequentie. Bovendien staat de selectie van clusterhoofdknooppunten op elke laag in het clusternetwerk niet vast, en kan elk knooppunt als clusterhoofd werken. Voor een bepaald knooppunt hangt de vraag of het een clusterhoofd kan worden af van de netwerkstructuur om te beslissen of het clustermechanisme moet worden gestart. Daarom speelt het netwerkclusteringalgoritme een belangrijke rol in het clusternetwerk.
Posttijd: 21 juni 2024
