无人机蜂群网络的路由选择方法与流程

本发明属于无人机(unmannedaerialvehicle，uav)网络通信技术领域，尤其涉及一种软件定义无人机蜂群网络的路由选择方法。

背景技术：

随着科技水平的不断发展，无人机技术以其独有的灵活性和低成本等特点，相较于传统方式可以更加简单地获取所需信息，因此正逐步渗透到各行各业中，如在民用领域中的城市管理、农业、抢险救灾、视频拍摄等。无人机蜂群是指由数十至成百上千架小尺寸、低成本的无人机组成的群体，以单平台性能为基础，以平台间协同能量为支撑，在地面控制指挥下完成预定任务。

ad-hoc移动自组织网络属于无中心网络，其不依赖于任何固定的通信基础设施，因而得到了广泛的应用。在空中飞行器领域，借鉴ad-hoc移动自组网技术，飞行自组网(flyingad-hocnetwork，fanet)的概念被提出，飞行自组网是一种以空中飞行器为通信节点的信息移动自组织网络，与ad-hoc移动自组织网络类似，fanet同样不需要任何固定通信设施的支撑，在任何时间、任何地点都可以自主地建立和管理网络，实现飞行器节点间高效通信。飞行自组网按照飞行器类型可以分为无人系统自组网、航空自组网、自组网等。蜂群无人系统组网基本思想是：多无人机以蜂群的方式飞行，其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。传统ad-hoc网络的目标是建立对等连接，而无人机自组网也需要为无人机的协调和协作功能建立对等连接；其次，某些节点在网络中还需要担任数据收集的中心节点，功能类似于无线传感器网络，因此需要支持流量汇集。在无人机的实际应用中，整个网络可能是异构互联的。不同于manet随机移动和vanet受限于公路移动，无人机节点也具有自身独特的运动规律。在某些多无人机的应用中，偏向于选择全局路径规划，这种情况下无人机的移动具有规律性；但自动化无人机运行航迹不是预定的，飞行计划也可能会在运行中变更。受其外部飞行环境的影响，无人机网络是一个大动态变化的无线移动通信系统，节点的移动速度相较于常规manet节点有明显提升，节点速度的加快必将导致网络拓扑变化频繁，因此无人机节点需要可以随时加入或退出网络，要求无人机网络可以对拓扑的变化做出及时的响应和处理。无人机组网的网络拓扑结构与移动ad-hoc网络的网络体系结构有着必然的联系，它采用分层分布式控制结构。无人机自组网继承了ad-hoc移动自组织网络的一些特性，如无中心、多跳、可自组织等，可对网络进行自组织和自管理，网络节点间的路由通常由多跳组成，具有一定的带宽，可在一定范围内进行数据传输。除此之外，无人机自组织网络也具备一些自身特性：(1)节点的高速移动和网络拓扑的高动态变化这是无人机自组网与传统自组网最显著的区别，无人机的速度在30～460km/h，这种高速动会造成拓扑高动态变化，从而对网络连通性和协议性能产生严重影响。同时，无人机平台的通信失效和视距通信链路的不稳定性也会造成链路中断和拓扑更新。(2)节点的稀疏性和网络的异构性，无人机节点在空中分散分布，节点间的距离大都有几公里，一定空域内节点密度较低，因此网络连通性是一个值得注意的问题。(3)网络目标的独特性，业务数据所包括的图像、音频、视频等，具有传输数据量大、数据结构多元化、时延敏感性高等特点，需要确保相应的qos。(4)移动模型的特殊性，移动模型会对ad-hoc网络的路由协议、移动性管理等产生重要影响，无人机的载荷有限、能源有限、体积有限，这决定了其具有的计算能力将非常宝贵。

蜂群无人系统的网络拓扑结构根据移动ad-hoc网络的特征，无人机网络的体系结构应基于tcp/ip的体系结构，并根据自身特点进行必要的简化、修改和扩充。路由通信是无人机协同任务规划的前提和基础，特别是在不稳定的无人机网络中，路由的可靠性具有重要的意义。在低速环境下，节点之间多为低速相对运动，某些情况下节点间的位置关系甚至相对静止。因此在这些场景中采用基于拓扑的路由方法可以取得较好的效果。但无人机网络的拓扑快速变化，会导致基于拓扑的路由方法无法构造可靠的路由路径，进而影响路由性能。此外，由于高速运动是无人机网络最重要的特征，其产生的拓扑频繁变化，使得基于拓扑的路由方法难以维护路由路径以保证路由性能。因此，需要设计合理的方法，有效降低无人机网络拓扑快速变化对路由通信所带来的影响，确保无人机之间通信的可靠性。目前在ad-hoc移动自组织网络中，应用比较广泛的路由协议有优化链路状态路由协议(olsr)、目的节点序列距离矢量路由协议(destinationsequenceddistancevector，dsdv)和无线自组网按需平面距离矢量路由协议(ad-hocon-demanddistancevector，aodv)等。在上述协议中，olsr路由协议是由ietfmanet工作组为无线ad-hoc网络提出的一种标准化的按表驱动式优化链路状态路由协议，olsr协议通过周期性广播hello分组和tc(topologycontrol)分组两种控制消息，引入多点中继(multipoint，mpr)的概念，只有mpr节点才可以转发路由信息，可以使得全网节点建立起完整的网络拓扑图，相比传统的洪泛广播路由信息，olsr协议开销更小。但是olsr协议需要定期广播hello包来发现邻居节点，在链路断开的时候不能及时响应。dsdv采用bellman-ford算法有效解决路由环路的问题，使用节点序列号的方式更新路由表，提升路由发现的效率，但是dsdv是通过节点间周期性交互路由信息来完成全局拓扑的搭建，并不能及时发现链路状态的更新，而且不适用于拓扑变化频繁的网络，而且dsdv路由维护开销较大，容易造成广播风暴。aodv通过维护一张动态路由表来实现源节点到目的节点路由，属于按需路由方法，仅在通信需求时发起路由发现和维护过程，节点并不需要保存路由表信息，可以有效降低路由开销，节省网络资源，但是在通信需求时需要先完成路由发现和维护，由此增加了网络端到端时延，而且当网络规模变大时，路由发现过程容易引起广播风暴现象。在常见的低速ad-hoc无线移动组织网络中，上述这些路由协议经过实验验证，均可以表现出不错的性能。但是当节点移动速度加快时，网络拓扑结构频繁变化后，上述协议性能均不能满足需求。因此在上述传统路由协议的基础，相关优化改进方案又被提出，如基于预测机制的链路优化状态路由算法、优化邻居发现机制的aodv路由算法、基于负载均衡的多路径olsr路由算法等。这些改进方案相较于传统路由协议，在可靠性和路由效率上都有一定的提升。但是在拓扑高度动态变化的无人机网络中，传统分布式自组织网络节点间天然存在协作困难、连接需时长等特点，这使得上述优化的效果提高有限。

传统移动自组织网络不管是采用按需路由方式还是按表路由方式，都是通过分布式网络管理方法，使用洪泛策略在节点间彼此广播交互节点信息的方式完成路由发现和路由维护的过程，当网络规模较大时，产生的路由维护开销较大，而且容易引起广播风暴。由于节点的高速运动和周期性邻居信息获取，使得邻居以及目标的位置发生变化时，会导致路由暂盲问题。路由暂盲是指通过信标交换或其他方式获得的邻居节点位置信息不准确，使得转发节点选择了已经失效的邻居作为下一跳路由而导致的通信中断，但上游转发节点无法获知路由中断，当路由暂盲问题严重时将大大降低数据传送成功率。在确定无人机集群的移动方式后，其相应的路由协议也需做相对应的调整，传统的路由协议不能满足集群化无人机的需求。无人机集群要求能及时有效的将侦察数据传回，而且应尽量保持无人机机群的连通性，以达到基站控制中心对实时的控制。这就要求路由协议能够提供足够的带宽支持图像、视频和控制命令等的传输。除此之外，无人机集群路由协议的选择路需要充分考虑负载平衡，避免出现性能瓶颈，提高网络的健壮性和抗干扰能力，延长网络的生存时间。传统移动自组织网络不管是按需路由还是按表路由，都是通过分布式网络管理方法，使用洪泛策略在节点间彼此广播交互节点信息的方式完成路由发现和路由维护的过程，当网络规模较大时，产生的路由维护开销较大，而且容易引起广播风暴。

软件定义网络(softwaredefinednetwork，sdn)是近几年兴起的一种网络管理逻辑集中的新型网络架构。和传统网络不同，sdn提倡控制与转发分离，将数据平面和控制平面解耦，拥有逻辑集中的控制平面，并通过统一而开放的南向接口来实现对数据平面实施可编程控制。控制平面承担收集网络状态信息的责任，并基于全网状态信息，对数据转发做出最优路由决策，之后统一下发给数据平面；数据平面只负责根据下发的转发策略完成数据分组传输，不再管理网络。通过这种方式，控制平面可以统一管理网络资源，对网络资源分配、路由选择做出更高效、优化的选择，而数据平面只需要按照控制平面下发的路由策略转发数据，无需发现和维护路由，从而提高整体数据传输的效率。目前软件定义网络主要应用于商用有线网络，因为有线网络信道状态稳定可靠，在收集和报告数据平面状态过程中，主要关注设备的cpu和可用内存等状态即可，无需关注信道带宽问题。然而在无人机蜂群环境中，节点移动速度、位置等信息都在时刻变化，导致网络拓扑多变，以及空中无线通信环境的复杂性，节点间无线通信链路极不稳定，甚至还可能会出现断开连接的情况，网络环境存在不确定性。因此，直接将商用sdn套进无人机网络环境明显行不通。目前sdn在无线ad-hoc移动自组网领域的研究大多还停留在理论水平，可借鉴的案例不多。

技术实现要素：

本发明针对现有技术以上存在问题，结合软件定义网络思想，提出一种路由维护开销更小、效率更高、准确度更优的分层软件定义的无人机蜂群网络(sd-uavnet)路由选择方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无人机蜂群网络路由选择方法，其特征在于包括如下步骤：无人机蜂群网络将软件定义网络和无人机网络环境进行深度融合，并将无人机蜂群网络分为由普通转发无人机节点组成的数据平面，以及由局部控制器和全局控制器组成的控制平面。普通节点间通过无线通信链路形成mesh网状网络，完成数据分组传输；控制平面收集、管理网络信息及根据通信需求路由策略的制定。局部控制器在其管辖子域网内，周期性广播beacon信标帧，用以引导各普通转发节点加入子域网络，当普通转发无人机节点进入一个新子域时，通过接收beacon信标帧自动识别局部控制器，随即完成普通节点加入子域网络的过程，然后普通节点周期性地将自身位置信息、速度信息、邻居信息及节点属性信息向局部控制器汇报，局部控制器由此更新局部网络视图信息库，全局控制器掌控所有局部控制器，负责维护全局网络视图信息；当数据平面有业务传输需求时，数据平面向控制平面发起路由请求，控制平面基于存储的网络视图信息，以源路由(也称为显示路由)的方式，计算出完整的从源节点到目的节点的每一跳路径信息，完成转发路径的选择。控制平面将请求路径分为跨域路径和域内路径两种类型，分别由全局控制器和局部控制器负责，指导数据平面完成数据传输。

本发明相较于传统移动自组织网络路由协议，具有如下有益效果。

路由开销更小。本发明结合传统按表路由和按需路由方法，采取软件定义无人机网络sd-uavnet方法，通过控制器来集中管理网络信息，普通节点只需要周期性上报自身信息至局部控制器，当有业务需求时，局部控制器根据存储的局部路由表信息，完成转发路径的选择，普通节点只需按照下发的路由策略完成数据转发，无须存储路由表信息，避免路由更新信息在普通节点间的交互，减少系统路由开销。解决了传统移动自组织网络通过分布式网络管理，使用洪泛策略在节点间彼此广播交互节点信息的方式完成路由发现和路由维护的过程，当网络规模较大时，产生的路由维护开销较大，而且容易引起广播风暴的缺陷。

本发明对无人机网络无线链路资源紧张的特点，为减少控制信息对无线信道带宽的过多占用，采用网络抽象的方法将子域网络抽象为一个逻辑节点，隐藏子域网络内部的细节，对全局控制器仅呈现为一个逻辑节点的形式。隐藏域内网络的内部细节，可以降低网络拓扑数据对控制通道带宽的占用，同时还可以提高区域网络的安全性。在抽象模式下，局部控制器只需向全局控制器上报控制器自身节点信息及其子域内边界节点信息。全局控制器根据抽象网络视图信息，生成全局逻辑网络视图。当有跨域传输需求时，全局控制器只需将跨域路径上所途经的各子域边界节点信息下发至各局部控制器，再由各局部控制器独自完成各自域内路由的规划，从而可以减少控制信息数据量，简化路径计算过程。

路由效率更高。本发明采取分层分域控制方式，将无人机蜂群网络分为若干个子域，由多个局部控制器单独管理，全局控制器统管所有局部控制器。当有业务传输需求时，首先判断为域内通信还是跨域通信，若为域内通信，则直接由局部控制器完成，无需经过全局控制器；当跨域传输时，全局控制器基于全局拓扑信息，选择跨域路径上的全部局部控制器，再由各局部控制器完成各域内路由选择。通过分层式控制器管理机制，可以有效减轻控制器的负载，降低控制器设计复杂度，减小控制开销，提升路由选择效率。

路由准确度更优。本发明在软件定义无人机蜂群网络路由方法工作流程中，考虑无人机网络的高动态性，可以将节点间最小期望传输次数(expectedtransmissioncount，etx)和无人机节点相对速度信息结合，作为节点间通信链路质量指示的量化标准。相较于传统移动自组织网络大多以节点间的中继跳数作为度量标准，将节点间相对速度信息作为etx(v)值的计算权值，更能准确的表征节点间因动态性导致的链路质量变化趋势，更适合于无人机蜂群网络的动态特性。

附图说明

图1是本发明无人机蜂群网络路由选择原理的模块功能划分示意图。

图2是图1的应用环境示意图。

图3是图1的工作流程图。

图4是图1的控制节点beacon信标帧、普通节点邻居发现帧格式图。

图5是图1的普通节点信息汇报帧、局部视图抽象信息汇报帧格式图。

图6是图1的局部网络抽象示意图。

图7是图1的路由请求帧、路由回复帧、数据报文帧格式图。

图8是图1的跨域路由最短路径搜索示意图。

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和要点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

参阅图1、图2。根据本发明，无人机蜂群网络将软件定义网络和无人机网络环境进行深度融合，并将无人机蜂群网络分为由普通转发无人机节点组成的数据平面，以及由局部控制器和全局控制器组成的控制平面，普通节点间通过无线通信链路形成mesh网状网络，完成数据分组传输；控制平面收集、管理网络信息及根据通信需求路由策略的制定。局部控制器在子域网内，周期性广播beacon信标帧，用以引导各普通转发节点加入子域网络，当普通转发无人机节点进入一个新子域时，通过接收beacon信标报文帧自动识别局部控制器，随即完成普通节点加入子域网络的过程，然后普通节点周期性地将自身位置信息、速度信息、邻居信息及节点属性信息向局部控制器汇报，局部控制器由此生成更新局部网络视图信息库；全局控制器掌控所有局部控制器，负责维护全局网络视图信息；当数据平面有业务传输需求时，数据平面向控制平面发起路由请求，控制平面按照当前网络视图信息，将路径分为跨域路径和域内路径两种类型，分别由全局控制器和局部控制器完成转发路径的选择，指导数据平面完成数据传输。其中，当路由请求为跨域请求时，全局控制器基于全局拓扑信息，选择跨域路径上的全部局部控制器，再由各局部控制器完成各域内路由的选择。

软件定义无人机蜂群网络(sd-uavnet)将无人机节点按照功能分为数据平面的普通转发节点和控制平面的控制器。数据平面主要完成数据转发和节点信息上报两项功能，控制平面主要完成网络信息的收集维护管理和路由策略的制定，分为局部控制器和全局控制器两种角色。局部控制器主要完成子域网内局部网络信息的收集和域内路由策略的制定，全局控制器负责全局逻辑视图信息库的建立和跨域路径的计算。普通节点周期性采集自身位置信息、运动信息和邻居信息，通过控制通道将采集的信息上报至所属局部控制器。局部控制器接收并处理普通节点的上传信息，生成并更新局部网络视图。具体处理过程为：局部控制器根据节点位置信息得到当前节点的空间坐标，计算不同节点间距离；根据运动信息预测下次更新时节点位置，以及节点间运动方向是相向还是背向；根据邻居表信息构建子域内节点邻接矩阵。为减少局部视图信息对控制通道带宽的占用，局部控制器在上报全局控制器之前，将局部网络视图进行抽象处理。全局控制器处理各局部控制器上报的抽象视图信息，生成或更新全局网络逻辑视图。

局部控制器包括：局部视图信息库和与局部视图信息库连接的路由策略的制定单元、路由信息收集单元。路由策略的制定单元包含路由更新模块和与更新模块连接的路由下发模块，路由信息收集单元包含局部网络视图管理模块和网络状态信息监控模块。局部网络视图信息库包括子域内所有节点信息表和节点邻接表，节点信息表包含子域内所有普通转发节点信息和节点地址信息、是否为边界节点的节点功能信息、指示节点位置的经度、纬度信息、节点速度大小和方向信息以及节点的邻居地址信息。节点邻接表为节点间连接矩阵，矩阵中元素值为两节点间通信链路质量值，若两节点不是相邻节点，则取值无穷大。局部网络视图管理模块通过网络状态信息监控模块获取收集数据平面各无人机节点的位置、速度、邻居、节点属性等信息，生成局部网络视图信息，基于实时局部网络视图信息生成或更新子域网内各节点间通信路由表，局部网络视图管理模块将局部视图信息进行抽象处理，并周期性上报至全局控制器。当其域内普通节点有路由请求时，路由更新模块通过路由下发模块下发最新所需路由信息，域内路由以源路由(也称为显示路由)的方式，由局部控制器计算出完整的从请求源节点到目的节点的每一跳路径信息，下发至数据平面指导数据分组传输，完成转发路径的选择。。

全局控制器包括负责管理和维护全局网络视图信息的全局网络视图管理模块和存储信息的全局视图信息数据库。全局网络视图管理模块收集各局部控制器上报的局部网络抽象视图信息，生成全局逻辑网络视图，全局网络视图信息库包含网络内所有局部控制器节点信息以及各局部控制器控制子域内所有边界节点信息。当数据平面有跨域路由请求时，局部控制器无对应处理策略，需要全局控制器借助全局逻辑网络视图信息，将跨域路径上所途经的各子域边界节点信息下发至各局部控制器，再由各局部控制器完成域内路径转发节点的选择，完成跨域路由策略的制定。相较局部控制器，全局控制器需要更强的处理能力和存储能力，所以全局控制器一般由地面服务器担任，提供高效可靠的服务，而局部控制器由计算能力突出的空中无人机节点担任。

参阅图3。整个网络按照功能分为数据平面的普通转发节点和控制平面的控制器。其中，数据平面普通转发节点负责数据传输和节点信息上报；控制平面控制器负责网络视图管理和转发策略制定，收集各节点信息，生成全局网络视图，当数据平面有数据传输需求时，数据平面向控制平面发起路由请求，控制平面基于存储的网络视图信息，下发路由回复消息，指导数据平面完成数据传输，结束路由。具体工作流程步骤如下：

步骤s101，根据节点功能完成角色分配和网络初始化。首先，数据平面初始化，生成包含普通节点一跳通信范围内可与之通信的所有节点集合及对应链路质量的普通转发节点邻居表。控制平面初始化包括局部控制器初始化和全局控制器初始化，局部网络视图信息库包括下属节点信息表和节点邻接表。下属节点信息表包含子域内所有普通转发节点信息，有节点地址信息、是否为边界节点的节点功能信息、指示节点位置的经度、纬度信息、节点速度大小和方向信息以及节点所有邻居地址信息；节点邻接表为节点间连接矩阵，矩阵中元素值为两节点间通信链路质量值，若两节点不是邻居节点，则取值无穷大。全局网络视图信息库包含网络内所有局部控制器节点信息以及各局部控制器控制子域内所有边界节点信息。

步骤s102，网络初始化后，局部控制器周期性广播beacon信标帧，用于引导普通节点加入子域网。普通转发节点在接收到beacon信标帧后，解析局部控制器信息，申请加入其子域，在其一跳通信范围内周期性广播邻居发现消息，用于建立节点邻居表，并判断是否接收到来自其他子域的邻居发现消息，当节点接收到来自其他子域的邻居发现消息时，将自身节点属性标记为边界节点属性。

步骤s103，普通节点周期性采集自身位置信息(经度和纬度)、运动信息(速度大小和方向)、邻居表信息及节点属性信息，通过控制通道将采集的信息上报至所属局部控制器。局部控制器接收并处理普通节点的上传信息，生成并更新局部网络视图。具体过程为：局部控制器根据节点位置信息得到当前节点的空间坐标，计算不同节点间距离；根据运动信息预测下次更新时节点位置，以及节点间运动方向是相向还是背向；根据邻居表信息构建子域内节点邻接矩阵。然后为减少局部视图信息对控制通道带宽的占用，局部控制器将局部网络视图进行抽象，上报至全局控制器。全局控制器处理各局部控制器上报的抽象视图信息，更新全局网络视图。数据平面的普通节点判断是否有数据传输请求，若有，跳转至步骤s104，否则返回继续采集自身信息。

步骤s104，普通节点完成信息上报后，监测自身是否有数据传输需求。若有，普通节点则向所属局部控制器发送到达目的节点的路由请求信息，局部控制器解析该路由请求信息，判断是否为跨域请求。若为域内请求，局部控制器则根据局部网络视图，用节点间相对速度权值的期望传输次数etx(v)为路径成本，构建请求节点通往目的节点的etx(v)最优域内路径，域内路径以源路由(也称为显示路由)的方式，由局部控制器计算出完整的从请求源节点到目的节点的每一跳路径信息，并将完整路由信息以路由回复帧的形式发送给请求节点，指导其完成数据分组的传输。若该路由请求为跨域请求，局部控制器则将该请求上报至全局控制器，全局控制器根据全局视图信息，计算跨域路径，将跨域路径信息以回复报文的形式发送给跨域路径上所有途经的局部控制器，局部控制器再根据局部视图信息，以etx(v)为路径成本，构建最优域内路径，将最优路径信息以路由回复信息的形式发送给请求节点，请求节点按照路由信息将数据分组转发给下一跳节点之前，判断下一跳节点是否在在邻居表内，若已不在邻居表内，则返回重新向所属局部控制器发起路由请求过程；若判断下一跳节点在邻居表内，则直接将数据分组转发给下一跳节点，下一跳节点继续按照路由信息进行转发，直到转发至目的节点时，结束路由，完成数据分组传输。

参阅图4。普通节点邻居发现消息帧格式和局部控制器的beacon信标帧格式相同，都包括帧控制域、帧序列号、地址域、帧优先级、校验位等字段，其中帧控制域包含帧类型、安全使能标志、应答标识。不同之处在于beacon信标帧中的地址域内源控制器标识和源节点地址都是局部控制器地址，而邻居发现消息帧中源控制器标识为其所属局部控制器地址，当新节点未入网时，该字段为空，源节点地址为广播该条消息普通节点地址。

参阅图5。为普通节点向局部控制器上报的普通节点信息汇报数据包格式和局部控制器向全局控制器上报的局部视图抽象信息汇报数据包格式。普通节点信息汇报数据包中包含节点的经度、纬度、高度、速度及邻居等自身信息，局部视图抽象信息汇报帧包含区域网络中边界节点信息和局部控制器信息。

参阅图6。在本实施例中，对于无人机无线网络链路资源不足的网络场景，为减少网络视图信息数据量对控制通道带宽的过多占用，也同时为了提高子域网络的安全性和隐私性。采用网络抽象的方法将子域网络抽象为一个逻辑节点的形式，隐藏子域网络内部的细节，对全局控制器仅呈现为一个逻辑节点的形式。隐藏域内网络的内部细节，可以降低网络拓扑数据对控制通道带宽的占用，同时还可以提高区域网络的安全性。在抽象模式下，局部控制器只需向全局控制器上报控制器自身节点信息及其子域内边界节点信息即可。全局控制器根据抽象网络视图信息，生成全局逻辑网络视图。当有跨域传输需求时，全局控制器只需将跨域路径途经的各子域边界节点信息下发至各局部控制器，再由各局部控制器独自完成各子域内路由的规划，从而可以减少控制信息数据量，简化路径计算流程。

参阅图7。普通节点路由请求数据包包含请求源节点和目的节点信息；路由回复帧采用的是显示路由的方式，由局部控制器计算出完整的每一跳路径信息，因此路由回复报文帧中包含了控制器规划的从请求节点到目的节点所有中继节点地址；数据报文帧将控制平面下发的路由信息和数据分组进行封装，其载荷字段包含传输该报文所需的路由信息和实际数据有效载荷部分。

本实施例将节点间最小期望传输次数(expectedtransmissioncount，etx)作为路由判断依据，实则是选择传输报文到目的节点全程需要传输次数有最小期望值的路径作为最优路由。etx是采用丢包率来度量每条双向链路需要的传输量，etx是要选择点到点之间最大吞吐量的链路作为最佳路由。链路的etx值是对使用这条链路发包所需要的数据通信量做出的预测。etx的计算使用了节点间通信链路的前向传输率、反向传输率，前向传输率φ是发送者数据包成功到达接收者的概率；反向传输率ρ是接收者ack应答报文成功到达发送者的概率。数据包发送失败的概率为plost＝1-ρ·φ，这里默认链路层传输采用自动重传机制。假设从节点i到j数据包经过k次尝试能成功发送的概率为p(k)，因为每一次尝试发送数据包都是一个贝努利试验，所以有p(k)＝plost^k-1×(1-plost)，那么从节点i到节点j成功发送数据包所期望的通信量的均值etx为

于是，可以得到

因此两式相减，有因为plost＝1-φ·ρ且小于1，所以有

前向传输率φ和反向传输率ρ的计算借助于前述邻居发现数据包计算得出。

每个普通节点周期性广播邻居发现包，然后在一个滑动时间窗内(时间长度为邻居发现包广播周期的整数倍)统计接收到的每个邻居节点广播的邻居发现包个数，以邻居表链路质量信息名义上传至局部控制器，局部控制器基于这些信息可以计算出两两普通节点间的etx。在可选实施例中，局部控制器下属普通节点a和b，滑动窗长度取邻居发现包广播周期的10倍，在时间窗口内，a接收到b广播的8个邻居发现包，b接收到a广播的7个邻居发现包，则局部控制器可以计算由a到b的etx值为1/0.8×0.7＝1.78。同理，局部控制可以计算出其子域内所有两两节点间链路的etx值。综上，路径r是由一系列的节点d1,d2,d3,……,dl构成的，其中，每个子段可表示为[di,di+1]，总长度为l的路径则r的etxr值为

针对无人机节点高速移动特性，将节点间相对移动速度和期望传输次数结合，考虑无人机节点速度大小和方向信息，当数据平面有业务传输需求时，控制平面针对无人机动态特性，将无人机节点速度大小、方向信息和节点间最小期望传输次数etx结合，以节点间相对速度作为etxr(v)的权重值，以节点相对速度为权值的etxr(v)值作为链路路由选择标准。以节点间相对速度大小为权值的etxr(v)值可以表示为

其中，v^ij表示节点di、dj之间的相对速度，β是一个非负整数，φ(di,dj)表示节点di和dj间的前向传输率，ρ(di,dj)表示节点di和dj间的反向传输率。若节点di和节点dj相向而行，则相对速度v^ij为负，于是计算出的节点di、dj之间的etxr的速度权值小于1；若节点di和节点dj背向而行，则节点di、dj之间的etxr的速度权值大于1。可以得出，以节点间相对速度为权值的etxr值作为节点间链路路由选择标准时，两节点相向而行的链路质量指示比两节点背向而行更优，即使拥有相同的前向传输率和反向传输率，符合无人机网络实际应用场景。

在软件定义无人机蜂群网络路由方法工作流程中，当数据平面有跨域路由请求时，控制平面需要全局控制器的协助。全局控制器主要功能包括全局逻辑抽象网络视图的构建和跨域路由的选择。全局逻辑视图用有向图(g,v)的方法表示，有向图的点v集合表示各子域网络内的边界节点，由局部控制器上报；有向图的边g集合表示各边界节点之间的连接关系。当全局控制器接收到局部控制器上报的跨域路由请求时，借助有向图信息，全局控制器使用广度优先搜索算法，搜索从请求源节点子域到目的节点子域的最短路径，将最短路径途经的所有子域边界节点按照顺序以回复报文的形式发送给对应的局部控制器，再由各局部控制器独自完成各自域内路由规划。全局控制器并将该跨域路径的边集进行标注，表示正在占用，当有其他业务请求时，在路径搜索的同时检测该段路径是否正在被占用。若被占用，则采取绕行的方式，考虑其他路径，若从当前请求源子域到目的子域当且仅有一条路径，且正在被占用，则该请求被暂时挂起，直到等待当前占用路径的数据包传输完毕，再行规划路由。

参阅图8。图8是本发明跨域路由最短路径搜索举例示意图。在可选的实施例中，将一个网络地图分为4×4的网格，每个网格由一个局部控制器独自管理。某时刻有子域1内某节点往子域16内某节点的跨域通信需求，则全局控制器根据实时全局网络有向图信息，构建从子域1通往子域16的最短路径1-2-3-4-8-12-16(图中实线所示)，并进行标记；与此同时，子域1内某节点此时产生往子域3内某节点的跨域需求，全局控制器在搜索最短路径时，发现最短路径1-2-3正在被占用，则采取绕行方式，规划出1-5-6-7-3的“最短”路径(图中虚线)。各子域内部路径选择由各自局部控制器根据节点间etx(v)值，选择链路最小的etxr(v)值作为最优域内路径。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。