张伟 中国电子科技集团公司第五十四研究所

引言：无人机UAV（UnmannedAerialVehicle）起源于军事领域，用于侦察、监视、测绘、空中打击等任务。伴随无人机开放式架构的发展，有效载荷已经实现模块化，无人机在发挥ISR（情报、监视、侦察）功能的同时，可发挥打击作用。随着无线电技术、自动控制技术、计算机技术的飞速发展，无人机系统集成了飞控、测控通信、发射回收、电源等功能系统。其中，测控通信系统用于保障无人机与地面站之间控制信令和应用数据的实时可靠传输，其传输速率满足一般战术侦察和监视的需求。随着合成孔径、机载预警雷达和高分辨、多光谱、多组合传感器设备在无人机上的应用，机载数据速率将会更高，这对无人机测控通信的传输速率和容量提出了更高的要求。美军及北约国家研发了战术数据链系统、宽带数据链系统以及战术瞄准网络技术（TTNT）等多型组网数据链系统，并通过制定STANAG4586等互操作标准将大量相互独立的“烟囱式”强耦合方式的战术数据链改造成为符合全球栅格（GIG）标准的栅格节点。

1 无人机自组网简介

无人机自组网，也称无人机网络（networkofUAV）或无人航空自组网（unmannedaeronauticalAdHocnetwork，UAANET），基本思想是：多无人机间的通信不完全依赖于地面控制站或卫星等基础通信设施，而是将无人机作为网络节点，各节点间能够相互转发指控指令，交换感知态势、健康情况和情报搜集等数据，自动连接建立起一个无线移动网络。该网络中每个节点兼具收发器和路由器的功能，以多跳的方式把数据转发给更远的节点。无人机自组网采用动态组网、无线中继等技术实现无人机间的互联互通，具备自组织、自修复的能力和高效、快速组网的优势，可满足无人机在特定条件下的应用需求，是对现有无人机通信体系的补充和完善，具有重要的理论研究和实践应用价值。

2 关键技术

2.1 路由技术

①能感知网络拓扑结构的变化。因为无线自组网需要进行多跳通信,所以路由协议必须确保路径中的链路具有很强的连接性。无线自组网中的节点必须知道它的周围环境和可以与它直接进行通信的节点。无线自组网提供网络连接的方法主要有2种：平面路由网络结构和分层路由网络结构。在平面路由网络结构中,所有的节点都是平级的,分组的路由是基于对等的连接。但是在分层路由结构中,较低层至少要有一个节点作为与高层联系的网关；②维护网络拓扑的连接。因为每个节点的相对位置都可以随时改变,所以网络拓扑是频繁变化的。路由协议为了维持节点之间的链路具有较强的连接性,必须动态更新链路状态和对自己重新配置。如果采用中心控制的路由算法,为把节点链路状态的改变传送到所有的节点,就会消耗过多的时间和精力,显然是不适合的。所以要采用一种全分布式的智能路由算法；③高度自适应的路由。相对于有线网络里的静态节点,无线自组网要求一个高度自适应的路由机制,来处理快速的拓扑变化。而传统的路由协议,如距离矢量和链路状态算法,要求在指定路由器间交换大量路由信息,因此在无线自组网里都不能有效地工作。所以针对无线自组网的特点,提出了新的路由算法。总地来说,这些路由算法可以分为3种类型：表驱动算法、需求驱动算法、表驱动和需求驱动算法相混合的算法。表驱动路由协议采用周期性的路由分组广播,来交换路由信息,每个节点维护去往全网所有节点的路由；需求驱动路由协议是根据发送节点的需要,按需进行路由发现过程,网络拓扑结构和路由表内容也是按需建立的,所以其内容可能仅仅是整个网络拓扑结构信息的一部分。

2.2 路由协议设计

①分布式操作。对于集中式路由协议,通常存在一个中心节点,收集整个网络拓扑结构,计算全网的最短路由,并将结果分发到其他节点。这种机制难于适应动态变化的移动自组网,且开销过大。其次,作为移动自组网的重要应用背景,无人机系统要求很高的鲁棒性,所以理想路由协议应当采用分布式操作；②提供无环路由。这一点是路由协议应当具备的基本特征。路由协议主要通过以下机制保证这一点：使用有目的节点产生的路由序号机制,反映路由状态的新旧程度；使用路径发现算法；使用源路由机制；使用面向目标的算法；③可扩展性。无线自组网本身具有组网灵活的特点。在该网络的应用过程中,随时可能有新节点加入和推出。为适应无线自组网的发展,对路由协议进行设计时必须对其可扩展性进行适当考虑；④对单向信道的支持。在无线自组网络中可能存在单向信道,对路由协议的设计仅满足双向链路的需求是不切实际的。要全面考虑该环境下路由协议的应用,所设计的路由协议应能支持单向链路。

结语：无线自组网作为一种实用的网络通信技术,许多领域都在研究和应用,特别是在飞行器领域具有明显的优势。文章讨论自组网技术应用于无人机系统的思想和关键技术,为无人机系统做出了有益的探讨,并提出了一种比较理想的路由协议。