随着无人机技术成本持续降低、制造门槛不断下降,民用创新、商业应用、军事部署及政府项目对高速可靠飞行自组织网络(FANET)的需求日益迫切。相较于传统移动自组网,FANET具备瞬态三维拓扑与去中心化特性,这加剧了路由碰撞、网络拥塞及传输延迟问题。该环境所需的路由协议必须确保在飞行器动态进出通信范围时维持稳定连接。尽管众多传统与新型路由协议已在各类仿真器中测试,却始终缺乏基准化评估体系。本论文创新性地在ns-3平台完成十种主流FANET协议对比研究,首次实现10/30/50+节点的大规模仿真基准测试,揭示现有协议性能瓶颈及三维仿真缺陷,并构建基于应用场景的自组网协议决策树。

在研究安全多路径规划过程中,开发两项新型协议与一项增强协议:创新"持续运动协议"实现多方安全计算框架下的非间断实时运算;"碰撞化解协议"使飞行器在保持航向目标同时自动微调轨迹规避碰撞;升级版"路径交汇预测协议"引入飞行器尺寸定义的几何轮廓边界线,结合用户可调安全裕度参数,显著提升碰撞路径预测精度,突破传统中心线预测模型局限。最终聚焦三维高斯-马尔科夫移动模型,提出基于航空器设计参数与速度特性的FANET设备分类体系,并研发改进型环境影响因子模型,大幅提升仿真真实性。

本论文架构如下:第一章阐释研究背景、技术挑战、核心目标及理论贡献;第二章系统综述MANET/VANET/FANET通信路由协议学术进展;第三章基于ns-3平台首次完成十大FANET协议性能对比,结合随机游走与高斯-马尔科夫移动模型建立统一评估框架;第四章以姚氏百万富翁问题为理论基础,研究飞行器间非信任环境下的安全信息共享机制;第五章提出改进型高斯-马尔科夫移动模型,融合节点速度特性与环境影响因素;第六章总结研究成果并规划后续研究方向。

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