基于鏈路生存時間預測的高動態飛行自組網組播路由協議

王 玉，王文燦，白 麗，范兼睿，張莉涓，雷 磊

（1.南京航空航天大學 電子信息工程學院，南京 211106；2.中國人民解放軍96091 部隊，北京 100089；3.北京航天自動控制研究所，北京 100854）

0 概述

近年來，無人機在軍事打擊、農業植保、緊急救援和火災監測等軍事和民用領域應用廣泛［1-3］。相對于單架無人機單獨執行任務，無人機集群作業能有效克服單架無人機易損毀、作業時間短、執行效率低等問題。因此，無人機相關技術成為熱門研究方向之一。

無人機協同通信作為無人機集群關鍵技術，面臨通信網絡的構建、跨層干擾、網絡安全等［4-6］諸多挑戰。為降低對基礎通信設施的依賴，無人機集群通常采用自組網的方式進行通信，這種去中心化的思想使無人機集群能有效抵抗網絡攻擊和因單個節點損壞導致的網絡癱瘓問題。因此，采用自組網的無人機集群屬于典型的飛行自組網（Flying Ad-hoc Networks，FANETs）［7］。

無人機集群作為高速移動的FANETs，有其自身顯著的特點：無人機節點在三維空間的運動速度為30～460 km/h［8］，這使得無人機集群的拓撲結構變化非常迅速，路由生存時間短；同時無人機節點易損毀，導致正常的數據傳輸中斷；此外，在實際應用場景中，無人機節點的運動通常為任務導向，節點所執行的具體任務決定了節點在某段時間內的飛行軌跡。目前研究人員對無人機自組網協同通信技術的研究重點集中在無人機集群自組網路由協議和自組網媒體接入控制（Medium Access Control，MAC）協議兩方面［9］。

當無人機集群進行自組網通信時，單架無人機通常需要和集群中的多架無人機進行數據交互，如定期報告自身的位置、數據采集、任務執行情況等。如果采用單播方式進行上述通信，將成倍地增加網絡中的傳輸數據量，甚至造成網絡的嚴重擁塞，而采用組播方式則可以大幅減少對信道資源的占用。因此，在FANETs 網絡中，組播路由協議應用廣泛。

然而，針對無人機集群系統設計組播路由協議面臨很大挑戰。在FANETs 網絡中實現組播通信時，為保證通信效率，數據在交付過程中不需要逐跳進行確認，但這可能導致組播節點無法及時檢測到鏈路斷開的問題，對于高速移動的無人機集群網絡該問題尤為突出。因此，在進行組播路由選擇時，應盡可能提高路由的可靠性。此外，路由建立時間、傳輸時延、路由開銷、服務質量（Quality of Service，QoS）保證等因素也是路由協議必須要考慮的問題［10］。

文獻［11］提出一種具備飛行預測的組播路由協議（SP-GMRF）。在該路由方案中，節點在需要發送數據時，能對鄰居節點的運動狀況預測，并尋找距離各目的節點最近的鄰居節點。通過在數據分組頭部添加“轉發節點-目的節點”配對信息的方式，指定下一跳數據轉發節點。但該方案要求節點能夠獲取鄰居節點及目的節點的具體位置信息，并且數據分組首部的開銷隨著組播組中目的節點數的增加而不斷增大。文獻［12］提出一個基于強化學習的自學習路由協議，該協議中所有飛行節點均定期與鄰居節點交換狀態信息，用于更新存儲本地數據。此外，該協議允許通過無人機節點的位置信息和一個基于全局網絡使用情況的獎勵函數更新本地路由策略，避免了搜索全網節點信息的必要。但強化學習算法的引入給無人機節點帶來了諸多計算開銷，這對于計算資源有限的輕型無人機而言代價過于昂貴。文獻［13］提出一種具備運動預測特性的混合通信協議，該協議混合使用單播與地理群播技術，要求無人機配備定向天線，在路由建立與數據傳輸的過程中根據鄰居節點運動情況動態調整定向天線的方向與輻射角度。定向天線的引入使得節點的通信距離得到了提高，同時減弱了節點相互間的干擾，但由于定向天使成本高昂，該協議難以在小型廉價無人機集群上得到應用。文獻［14-16］將分簇的方法引入網絡，通過成員節點與簇首之間及不同簇首間的相互合作，實現高效的網絡管理，并優化網絡表現。但當節點的移動速度較高、網路拓撲變化頻繁時，分簇的維護成本將過于高昂，影響網絡表現。

以上路由協議均需要全球定位系統（Global Positioning System，GPS）設備的支持才能在相鄰節點之間交換位置與速度信息。考慮到無人機集群在植被茂盛區域、GPS 信號受嚴重干擾的區域、室內大型倉庫等場景無法由GPS 信號獲得準確的定位信息，本文提出一種針對高動態無人機集群自組網且無須GPS 支持的增強型組播路由協議（FMRP-LP）。采用一種基于鏈路生存時間預測的方式，使節點能夠根據其與鄰居節點間的距離變化情況對鏈路生存時間進行預測。此外，在路由建立階段，節點可綜合鏈路生存時間、路由跳數與剩余飛行能量等因素對路由質量進行評估，并根據評估結果從多個上一跳節點中選出最佳節點作為轉發節點，在集群中按需建立較為可靠的組播路由。同時，在數據傳輸過程中引入局部路由修復與全局路由刷新相結合的路由維護策略，使節點在無需數據確認的情況下自主檢測到斷開鏈路并進行修復，解決節點高速移動導致鏈路頻繁斷開的問題。

1 節點運動模型與鏈路生存時間預測

假設節點由于受到某些因素的影響，無法直接獲取自身所處的準確位置、運動速度、運動方向等信息，但節點可以通過某種技術手段獲取與鄰居節點間的距離（如通過TOA/TDOA［17］、AOA［18］、RSSI［19］等方式）。由于鄰居節點間距離測量的代價要比直接對無人機進行定位的代價要小得多，且考慮到無人機集群作業過程中防碰撞的需要，相鄰節點間的距離感知是必要的。

由于無人機在飛行過程中通常攜帶具體任務，其飛行軌跡并非完全隨機，因此認為無人機的飛行軌跡是分段線性的，即無人機節點在向著目標點運動的某段時間內，其運動軌跡為空間中一條直線。此外，假設運動速度和運動方向均保持不變。假設兩個鄰居節點A、B每間隔Δt時間對相互間距離作一次測定，2 節點最近3 次測距時的距離分別為d0、d1、d2。由于節點保持恒定速度運動，其相對運動速度也是固定的。以節點A為參考點，認為節點A是相對靜止的，節點B在最近3 次測距時所處的位置分別為B0、B1、B2，對應時間為t0、t1、t2，由于是等時間測距的，因此B0B1=B1B2。以點B0所處位置為原點，點B0到點A的方向為Z軸正方向，建立空間直角坐標系，如圖1 所示。圖1（a）表示t0時刻節點B正處于逐漸靠近節點A的過程中，圖1（b）表示t0時刻節點B正處于逐漸遠離節點A的過程中。

圖1 相鄰節點運動軌跡Fig.1 Trajectory of adjacent nodes

在建立上述坐標系的過程中，僅確定了坐標系原點位置與Z軸的方向，X、Y軸的方向并未給出，因此僅需X、Y、Z這3 個坐標軸滿足相互垂直的條件。采用上述方式建立坐標系的原因在于，雖然在真實情況下，當以節點A為參考點時，節點B的運動軌跡為空間中某一條固定直線（滿足假設條件下），但由于目前無法確定鄰居節點B所處的具體方位，僅可獲知鄰居節點間的相對距離，因此在當前運動模型中，節點B的可能運動軌跡為以B0為圓錐頂點、B0A所在直線為中軸線的某一圓錐上任一條母線所在的直線，如圖2 所示（以圖1（a）為例），該圓錐的母線與中軸線的夾角為定值，可以用d0、d1、d2唯一表示。根據對稱性，節點B的軌跡具體為哪條直線并不影響最終對鏈路生存時間的預測。

圖2 節點相對運動模型Fig.2 Nodes relative motion model

在該模型中，角θ的大小如下：

為了求得節點A、B之間的剩余鏈路生存時間，將節點B的軌跡方程表示為：

這里B1的值可以直接求解得到，但α與β的值卻不可以求出，其原因在于在當前物理模型中節點B的運動軌跡無法完全確定。求解的思路有2 個：假設α（或β）為定值進而求解β（或α）；將α與β整體求解。這里采取整體求解的方法：

設節點A的最大有效通信范圍為R，以節點A為圓心作半徑為R的球面，設該球面與B的運動軌跡的交點為Bm(xm,ym,zm)，Bm點即為當前情況下節點B到達節點A最大有效通信范圍時所處的位置，求解Bm的位置：

節點B在節點A范圍內（Z軸方向）最大運動距離如下：

設當前時間為t，則節點A、B間的剩余鏈路生存時間如下：

在上述根據3 次測距進行運動預測及剩余鏈路生存時間估計過程中，假設節點間的距離測量是準確的，且節點相對運動速度始終保持恒定。有2 種情況可能會導致上述預測結果不正確：一是在相鄰節點間測距的過程中存在誤差，導致測量得到的距離可信度較差；二是在3 次測距的過程中節點A或節點B的運動速度發生了改變，導致2 節點間相對運動速度改變，節點B相對節點A的軌跡不再是一條直線。后一種情況尤為重要，因為3 次測距只能在假設條件下對節點間的剩余鏈路生存時間做出預測，并不能判斷出假設條件是否始終成立，即節點間相對運動速度是否是始終恒定的。這里采用文獻［20］的方法，引入4 次測距，通過增加一次測距的方式檢測節點間的相對運動速度是否變化。

設第4 次測距的時間為t3，B點所處位置為B3，滿足AB3=d3：

這里可得到z1的2 種表達形式，在不考慮測量誤差且節點間相對運動速度保持恒定的條件下，上述表達式必然是成立的，d0、d1、d2、d3滿足如下關系：

設距離測量過程的最大誤差率為σ，因測量誤差導致的式（12）的誤差最大值如下：

為式（12）設置一個置信區間［Γ1，Γ2］，當式（12）的值處于該區間內時，認為當前路由生存時間預測結果是可靠的，將其當做后續路由建立過程的依據之一。當式（12）的值超出此范圍時，認為測量誤差過大或節點間相對運動速度已發生了改變，當前預測結果不可信，放棄此次剩余鏈路生存時間預測過程。

由于引入了4 次測距的過程，當前預測得到的剩余鏈路生存時間修正如下：

2 FMRP-LP 協議實現流程

本節將在第1 節剩余鏈路生存時間預測過程的基礎上，介紹FMRP-LP 協議的實現流程，協議主要分為初始階段、路由建立階段、路由確認與數據轉發以及路由維護過程。

2.1 初始階段

在初始階段，網絡中的節點每間隔△t時間向外廣播Hello 分組，該分組主要包含發送節點的節點ID、狀態信息、時間信息等。節點可以通過接收到的來自鄰居節點的Hello 分組確定自身一跳范圍內的鄰居節點數量與相應的節點ID，并定期對節點自身到鄰居節點間的距離進行測量，將不同時刻下鄰居節點到自身的距離記錄到節點鄰居表中。當后續需要在網絡中建立轉發路由時，節點將根據鄰居表中的內容對自身到鄰居節點間的剩余生存時間進行預測，選擇合適的轉發節點。

2.2 路由建立階段

當網絡中有某個源節點S 首次有數據要發送至特定組播組時，由于網絡中并不存在該組播組的轉發路由，源節點需要先通過洪泛路由請求（Route Request，RREQ）分組的過程嘗試建立組播路由，RREQ 分組結構如圖3 所示。其中，歷史最少剩余能量Emin為從源節點至當前節點的轉發鏈路上所有節點所具有的剩余能量最小值，它表示當前轉發鏈路能維持的最長飛行時間。TRLL_min、Qmin則分別表示預測得到的當前轉發鏈路剩余生存時間和路由質量的最小值。

圖3 RREQ 分組結構Fig.3 Grouping structure of RREQ

源節點的鄰居節點收到該RREQ 分組后將直接對其進行更新并繼續向外廣播轉發，而后續節點在收到RREQ 分組后，將啟動定時器，等待thold時間后再做出路由決策。在等待路由決策的這段時間內，節點可能會收到來自多個鄰居節點所轉發的RREQ分組，并根據所收到的RREQ 分組中路由跳數、剩余能量Emin、鏈路生存時間TRLL_min等參數對可能存在的多條轉發路由進行路由質量評估，計算路由質量指數Q：

其中：min(TRLL)為通過前文所述方法對鄰居節點間剩余鏈路生存時間預測結果與收到的RREQ 分組中記錄的參數較小值；HopCount 為該RREQ 分組所在轉發路徑中源節點距當前節點的跳數；Emin為接收到的RREQ 分組中記錄的值；ωt、ωh和ωe分別為鏈路生存時間、路由跳數及剩余能量在路由質量中所占的權重。在不同的應用場景中，可以根據具體的集群作業環境對3 個指標系數進行調整。若要維持一個較大的鏈路生存時間，可以增大ωt，降低其余2 個系數的值；若要降低傳輸跳數，保證數據傳輸時延，可以適當增加大ωh的值；若應用環境較為復雜，無人機能量消耗比較迅速，則可以適當增加大ωe的值。

由于一個理想的路由需要有較長的生存時間、較多的剩余能量和較小的跳數，因此ωt與ωe的系數為正，ωh的系數為負。此外，為了方便比較路由質量因子的大小，對相關參數進行歸一化處理：

其中：Tm為路由最大有效時間，即全局路由刷新時間。HopCount 與Emin的歸一化過程與TRLL類似。

在計算完路由質量參數后，中間節點根據計算結果從多個上一跳節點中選擇最佳的中繼節點作為轉發節點，更新并廣播來自該節點的RREQ 分組，同時在當前組播組中將該節點選為上一跳中繼節點，將該節點的ID 記錄到路由表中。最終，全部目的節點將收到經過多跳轉發的RREQ 分組。RREQ 分組的傳播過程如圖4 所示。

圖4 RREQ 傳播示意圖Fig.4 RREQ propagation diagram

在圖4 中，節點S 為組播組源節點，D1、D2、D3為目的節點。在圖4（a）中，初始時節點S 有數據需要發送，此時由于網絡中不存在轉發路由，節點S 首先向外廣播RREQ 分組嘗試建立路由。鄰居節點R1～R4 收到RREQ 分組后將對鏈路質量進行計算，得到源節點S 到自身與之間的鏈路質量分別為0.7、0.7、0.8、0.5，隨后將該值記錄到RREQ 分組中并繼續轉發。在圖4（b）中，節點R3 收到R1 轉發的RREQ分組，由于R3 此前已經轉發過該分組，因此會直接將該分組丟棄，不做其它操作。節點R5 將在thold時間內收到來自R3、R4 這2 個節點轉發的RREQ 分組，并對節點間鏈路質量進行計算。由于R3 所在轉發鏈路的鏈路質量為0.7，大于R4 所在鏈路的鏈路質量0.5，R5 將選擇R3 作為自身的上一跳節點。在圖4（c）中，節點D1、R5、R6 在計時器超后繼續向外轉發RREQ，節點R7、R8 將收到多個節點轉發的RREQ 分組，通過對鏈路質量進行評價，R7、R8 都將選擇節點R5 作為上一跳轉發節點。在圖4（d）中，最終RREQ 分組將分別沿著S-R3-D1、S-R3-R5-R7-D2、S-R3-R5-R7-D3 的路徑逐跳轉發至目的節點D1～D3。

2.3 路由確認與數據轉發

目的節點收到RREQ 分組后，將向源節點回復一個RREP（Route Reply）分組，目的是對轉發路由進行確認。RREP 分組沿著RREQ 分組的傳播方向反向由目的節點逐跳轉發至源節點，收到RREP 分組的節點將被標記為轉發節點，參與后續數據的轉發。圖4 中，目的節點D3 產生的RREP 分組將沿D3-R7-R5-R3-S 的路徑被逐跳轉發至源節點S。最終，R3、R5、R7 將被標記為轉發節點，在后續過程中參與數據的轉發，如此完成路由的建立過程。

RREP 分組結構如圖5 所示。

圖5 RREP 分組結構Fig.5 Grouping structure of RREP

經過RREQ 洪泛與RREP 逆向傳播的過程后，可在網絡中建立一個基于網格的轉發路由，基于網格的路由比基于樹的路由具有更強的魯棒性，能夠較好地適應節點高速移動的網絡場景。路由建立完成后，當源節點有數據需要發送時便可直接向外廣播數據分組。中間節點收到數據分組后檢查自身是否是特定組播組的轉發節點，若是則將數據分組IP 頭部的上一跳節點地址修改為自身地址并繼續向外轉發該數據分組，直到數據分組沿預先建立好的路由轉發至目的節點。

2.4 路由維護過程

在FANETs 網絡中，節點的高動態特性容易導致已建立路由頻繁斷開，數據無法順利從源節點轉發至目的節點。考慮到組播過程一對多通信的特點，數據的轉發過程不再需要逐跳確認，以此減少對信道資源的占用。上游節點可能無法及時感知到組播組中部分鏈路斷開的問題，導致數據傳輸服務中斷。因此，一個合理的路由維護策略對FANETs 組播路由協議而言至關重要。

為了使中間轉發節點及目的節點自主感知到節點自身是否與組播組斷開連接，令源節點在路由有效期內持續一定時間沒有數據發送時，定期向組播組發送一個組播查詢分組，該分組不攜帶任何數據，僅用于對組播路由的維護。在路由有效期內，當轉發節點或成員節點連續一段時間沒有收到任何數據分組或組播查詢分組時，節點將感知到自身與組播組斷開了連接，將發起對局部路由的修復過程，并嘗試重新加入原組播組。

當節點檢測到自身與組播組失去連接后，在小范圍內洪泛一個路由修復分組（如設置TTL=2），發起路由修復過程。周圍節點收到路由修復分組后檢查自身是否為對應組播組的成員節點或轉發節點，若滿足條件則沿路由修復分組的傳播路徑反向回復一個路由修復確認分組，否則將TTL 值減1，并在有效期內繼續轉發該路由修復分組。與RREP 分組的傳播過程類似，收到修復確認分組的節點同樣將自身標記為轉發節點，最終斷開節點并在收到修復確認分組后重新加入到組播組中，從而完成局部路由修復過程。若修復失敗，則節點等待一段時間后繼續嘗試該過程，同時將TTL 值加1，擴大修復范圍。連續失敗超過一定次數后，節點將放棄局部路由修復的過程，等待后續路由的刷新。

如圖6（a）所示，在路由建立不久時，網絡中存在由源節點S 到目的節點D1、D2、D3 的有效路由，目的節點均能夠正常收到源節點發送的數據分組或組播查詢分組。在圖6（b）中，當目的節點D3 因自身的運動與組播組斷開連接后，將無法正常接收到數據分組或組播查詢分組。一段時間后，節點D3 意識到自身與組播組斷開了連接，將主動發起圖6（c）中的局部路由修復過程。節點R3 在小范圍洪泛一個TTL 值為3 的路由修復分組，鄰居節點R9 收到該分組后檢測到自身不是組播組的成員節點或轉發節點，繼續向外轉發此路由修復分組，R6 同樣如此。最終，節點R5 收到該分組后發現自身為目標組播組的轉發節點，將沿路由修復傳播的反向路徑向D3 回復修復確認分組。修復確認分組的傳播過程如圖6（d）所示，在此過程中，節點R6 與R9 將被標記為轉發節點，參與后續數據的轉發。節點D3 后續將在節點R6 與R9 的幫助下繼續接收數據。當有新節點需要加入特定組播組時，其加入過程與斷開節點的修復過程一致。

圖6 局部鏈路修復過程Fig.6 Local link repair process

通過圖6 可以看出，斷開節點實質上是通過局部洪泛的方式，將更多的鄰居節點標記為轉發節點，從而實現路由修復。當網絡拓撲變化頻繁且源節點長時間發送數據時，組播組的轉發節點數量將越來越多，多余的轉發節點將浪費寶貴的信道資源。作為對上述局部路由修復過程的補充，為組播路由設定一個最大有效期，當建立好的組播路由到期后且源節點仍有數據需要發送時，源節點將暫停數據發送并重新廣播一個RREQ 分組對全局路由進行刷新，其過程與初始路由建立過程一致，并且轉發節點收到RREQ 分組后將清除自身的轉發標志。

3 實驗結果與分析

使用EXata網絡仿真工具對所提出的FMRP-LP 協議進行仿真分析，并與經典組播路由協議ODMRP［21］作比較。分別改變節點移動速度與密度，比較兩者在數據遞交率、網絡吞吐量、路由開銷、端到端時延4 個方面的差異，分析FMRP-LP 協議的性能優勢。其中，路由開銷定義為網路中全部節點轉發的控制分組與數據分組數量之和與目的節點所收到的數據分組數之比，對于多跳網絡而言，該值通常大于1。

仿真環境的參數如表1 所示。在FANETs 中，數據轉發跳數對路由穩定性和數據遞交時延均有較大的影響。跳數越少，參與數據轉發的節點數越少，因節點損毀導致路由失效的概率就越低，因此為ωh設置了一個較大的值；考慮到仿真場景中節點運動時間較短，路由穩定性受節點剩余能量的影響較小，為ωe設置了一個較小的值。綜合以上因素，將ωt、ωh、ωe的值分別設置為0.3、0.6、0.1。

表1 仿真參數Table 1 Simulation parameters

比較不同節點移動速度下，FMRP-LP 協議在數據遞交率、網絡吞吐量、路由開銷與端到端時延4 個方面的變化情況。假設節點數量固定為100，源節點發包頻率為20 packets/s，數據包大小為512 Byte，網絡中共設置4 條業務流，計算不同業務流的平均結果。

在圖7（a）中，當初始階段節點保持靜止時，使用不同協議的網絡在數據遞交率方面相差很小。隨著節點移動速度的增大，網絡中數據遞交率不斷降低，但使用FMRP-LP 協議的網絡在數據遞交率方面的下降幅度小于使用ODMRP 協議的網絡，整個過程中數據遞交率僅降低了約14 個百分點，而使用ODMRP 協議的網絡數據遞交率下降了約55 個百分點。圖7（b）展示了網絡吞吐量變化情況與節點移動速度之間的關系，整個過程中使用ODMRP 協議的網絡吞吐量降低了約1.9 Mb/s，使用FMRP-LP 協議的網絡吞吐量僅降低了0.47 Mb/s，明顯優于ODMRP 協議。綜合圖7（a）和圖7（（b）可看出，不同網絡的數據遞交率和吞吐量均隨著節點移動速度的增大而不斷下降，但使用FMRP-LP 協議的網絡在這兩方面的下降幅度相對較小，能夠很好地保持數據遞交率與吞吐量的穩定性。

圖7（c）表明FMRP-LP 協議在端到端時延方面比ODMRP 協議有一定的增高，這是因為斷開節點通過路由修復過程并重新加入原組播組后，距源節點的距離和跳數可能大于路由初始建立時的值，導致時延的增大。此外，數據從源節點遞交至距離越遠、跳數越多的的節點所花費的時間越長，而隨著節點移動速度的增加，這部分節點與組播組斷開連接的概率也越高。由于ODMRP 協議缺少有效的路由修復測策略，當節點移動速度增加后，隨著部分距離較遠節點的斷開，其平均端到端時延并未出現明顯的增加。

如圖7（d）所示，節點移動速度增加時，數據遞交率的降低與路由維護成本的增加均導致路由開銷比例增大。在斷開節點通過局部路由修復重新加入組播組的過程中，FMRP-LP 協議將指定額外的節點作為轉發節點為自身轉發數據，盡管這個過程可能導致網路中所轉發數據量的增加，但由于其很好地保持了數據遞交率，因此FMRP-LP 協議路由開銷比例仍然低于ODMRP 協議。

圖7 不同移動速度下路由協議性能對比Fig.7 Performance comparison of routing protocols under different movement speeds

圖8 展示了不同節點密度下FMRP-LP 協議與ODMRP 協議的性能對比情況，在該場景下仿真區域大小與源節點發包頻率保持不變，節點以恒定20 m/s的速度運動。

圖8 不同節點數量下路由協議性能對比Fig.8 Performance comparison of routing protocols under different number of nodes

在圖8（a）中，當節點密度較低時，數據遞交率隨著節點數量的增加而上升，但當節點數增加至90以后，數據遞交率開始趨于穩定，不再繼續增長，且由于節點運動的原因，FMRP-LP 協議的表現始終優于ODMRP 協議。圖8（b）中網絡吞吐量的變化趨勢與數據遞交率相類似。造成圖8（a）和圖8（b）出現該現象的原因在于初始階段網絡中節點數量較少且分布較為稀疏，因此在初始路由建立過程中可供選擇的轉發節點較少，建立的路由不夠穩定，節點的運動很容易導致鏈路的斷開，導致數據的丟失。當節點增加時，節點分布的密度加大為路由建立過程提供了更多的選擇，一定程度上減輕了上述問題。端到端時延與路由開銷分別如圖8（c）和圖8（d）所示，與圖7 情況相同，FMRP-LP 協議的端到端時延略高于ODMRP 協議，但路由開銷明顯優于ODMRP 協議。

4 結束語

本文針對無人機集群飛行自組網，提出一種具備鏈路生存時間預測與路由評價機制的組播路由協議FMRP-LP。通過鄰居節點間相對距離的變化情況對剩余鏈路生存時間進行預測，并結合鏈路生存時間、跳數及剩余能量3 個指標對路由質量進行評價，選擇最佳鄰居節點作為數據轉發節點，從而保證路由的生存時間與穩定性。在此基礎上，使用全局路由刷新與局部路由修復過程相結合的策略，有效減小由于節點高速移動導致鏈路頻繁斷開所帶來的負面影響。實驗結果表明，與經典ODMRP 協議相比，FMRP-LP 協議保證了在不同應用場景中網絡的數據遞交率與吞吐量，尤其適用于節點移動速度較高、拓撲變化頻繁的FANETs 網絡。下一步將對鏈路修復過程進行優化，以減少冗余轉發節點，降低數據遞交時延。