面向多跳無人機自組織網絡的路由協(xié)議研究研究背景相關工作研究背景選題背景研究內容成果總結邊境巡邏農田監(jiān)測災后搜救物流運輸單跳無人機網絡多跳無人機網絡體積小、成本低部署靈活、使用方便生存能力強、環(huán)境要求低擴展性、容錯性、可靠性、高效性高效可靠的無人機自組織網絡路由協(xié)議選題意義無人機自組織網絡多跳自組織無中心節(jié)點的高速移動性網絡拓撲的高度動態(tài)性節(jié)點的稀疏性通信連接的間斷性節(jié)點移動模型的特殊性網絡的異構型、開放性針對無人機自組織網絡的特點對路由協(xié)議進行優(yōu)化1.保證數據傳輸的高效2.保證數據傳輸的安全無人機自組織網絡路由協(xié)議研究背景研究背景相關工作研究內容成果總結無人機網絡高效路由協(xié)議研究現狀路由協(xié)議類別主要思想不足之處基于網絡拓撲的路由協(xié)議維護網絡拓撲和路由信息，在數據傳輸前建立通信鏈路需維持全局拓撲路由信息，開銷過大基于地理位置的路由協(xié)議將消息轉發(fā)給距離目的地更近的節(jié)點容易陷入局部最優(yōu)混合路由協(xié)議結合以上兩者路由協(xié)議的特性對節(jié)點移動性的容忍性較差且控制開銷較大仿生路由協(xié)議基于群體智能優(yōu)化算法的啟發(fā)設計高度動態(tài)和稀疏分布的無人機網絡不利于發(fā)揮其全局探索和尋優(yōu)能力相關工作研究背景相關工作研究內容成果總結無人機網絡安全路由協(xié)議研究現狀路由協(xié)議類別主要思想不足之處基于身份驗證和通信加密的路由協(xié)議身份驗證：對網絡中的合法用戶和設備進行識別并授權無法識別和定位惡意攻擊者;且無法抵御所有內部攻擊通信加密：對消息加密后再進行傳輸從而避免明文傳輸基于信譽評估和惡意節(jié)點檢測的路由協(xié)議數學模型：對問題的輸入、輸出以及兩者之間的映射關系進行精確的定義無法對無人機網絡復雜的映射關系進行精確擬合和求解機器學習：自動從過去的經驗和數據中進行學習和改進網絡架構模型不統(tǒng)一，特征選擇隨意性較大相關工作研究背景相關工作研究內容成果總結現有研究存在的問題相關工作1現有的無人機網絡路由協(xié)議大多只是傳統(tǒng)無線傳感器網絡和移動自組織網絡路由協(xié)議的衍生和變體，缺乏對無人機網絡特性的深入分析和優(yōu)化；2現有的路由協(xié)議大多遵循傳統(tǒng)的分層網絡模型，采用非跨層的路由策略，缺乏對跨層信息的全面融合和利用；3現有的路由協(xié)議研究大多缺乏對無人機網絡特有的安全挑戰(zhàn)，如延時攻擊，的檢測和防御研究。研究背景相關工作研究內容成果總結面向多跳無人機網絡的跨層路由優(yōu)化框架研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結無人機網絡協(xié)議體系結構面向多跳無人機網絡的跨層路由優(yōu)化框架研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結功率感知的無人機自組織網絡路由協(xié)議基于聯邦學習的無人機網絡安全路由協(xié)議現有工作現有路由協(xié)議假設無人機的傳輸功率固定，未考慮聯合功率調度和控制進行跨層路由優(yōu)化本文綜合物理層的功率感知、應用層的QoS

需求以及預先規(guī)劃的無人機軌跡信息以優(yōu)化路由決策實現了物理層、網絡層以及軌跡信息的跨層聯合優(yōu)化現有無人機網絡路由協(xié)議未考慮延時攻擊本文設計一個整體跨層的延時攻擊檢測框架，利用協(xié)議棧各層的信息對無人機網絡的惡意節(jié)點進行檢測，從而優(yōu)化路由決策實現了無人機網絡協(xié)議棧各層以及安全層的跨層聯合優(yōu)化功率感知的多跳無人機網絡路由協(xié)議抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議研究內容面向多跳無人機網絡的跨層路由優(yōu)化框架研究背景研究內容相關工作成果總結研究成果：WASA2022，CCFC會議，第一作者，已發(fā)表研究成果：JPDC，CCFB期刊，第一作者，已發(fā)表TIFS，CCFA期刊，第一作者，小修已修回功率感知的多跳無人機網絡路由協(xié)議研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結優(yōu)化目標：滿足消息延遲約束的同時最小化消息傳輸的能耗基本思想研究內容????2：(??1,??2,10??,??1),(??2,??5,25??,??2),(??5,??0,45??,??1)。投遞時間為45s，總能耗為2????(??1)+????(??2)。????1：(??1,??2,10??,??1),(??2,??4,25??,??1),(??4,??5,35??,??1),(??5,??0,45??,??1)投遞時間為45s，總能耗為4????(??1)。設以功率級別??1傳輸兩次相同大小的消息所需的能耗大于以功率級別??2傳輸一次消息的能耗，表示為2????(??1)>????(??2)。VS對節(jié)點的功率進行自適應的感知可以在保證消息及時投遞的同時進一步減小能耗！研究背景研究內容相關工作成果總結功率感知相遇樹構建研究內容(1)功率感知相遇樹是一棵有向樹。(2)樹中的每個節(jié)點代表網絡中的一個無人機或者地面站。由于功率可調特性，節(jié)點具有多個功率級別，且可以在樹中重復出現。(3)樹中的每條邊代表了節(jié)點雙方之間的相遇。相遇點具有唯一性，即每個相遇點只能在樹中出現一次。(4)樹中每個節(jié)點的孩子節(jié)點是當前節(jié)點在與其父節(jié)點相遇之后以及延遲約束之前，以不同功率級別能夠相遇的其他節(jié)點。(5)功率感知相遇樹的構建是從源節(jié)點開始相繼插入新的節(jié)點和相遇點（即有向邊）對的過程。每一對新添加的節(jié)點和有向邊對都關聯著能耗指標(即傳輸路徑的總能耗)以及相遇時間(當前節(jié)點與其父節(jié)點的相遇時間)。研究背景研究內容相關工作成果總結實驗設置研究內容任務場景一任務場景二性能指標：投遞率(PacketDeliveryRatio)、平均能耗(AverageEnergyConsumption)、網絡負載率(OverheadRatio)研究背景研究內容相關工作成果總結對比路由協(xié)議[44]：????????????、????????????????以及??????????????消息產生速率對路由協(xié)議性能的影響研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結PAR在盡量保證消息成功投遞的前提下最小化能耗！研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結無人機飛行速度對路由協(xié)議性能的影響研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結當延遲約束很小時，PAR以增加能耗的方式盡量確保消息的及時投遞；隨著延遲約束的逐漸寬松，PAR逐步降低無人機的功率級別來最小化能耗。消息延遲約束對路由協(xié)議性能的影響抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議研究內容??1在0s時生成消息m，并將其發(fā)送給地面站??0，設每跳的傳輸時間為1s，則消息m的傳輸路徑為?(??1,??2,10,11),(??2,??3,23,24),

(??3,??0,36,37)?研究背景研究內容相關工作成果總結研究內容??1在0s時生成消息m，并將其發(fā)送給地面站??0，設每跳的傳輸時間為1s，則消息m的傳輸路徑為?(??1,??2,10,11),(??2,??3,23,24),

(??3,??0,36,37)?設??2是惡意節(jié)點并執(zhí)行延時攻擊，持續(xù)時間為1s，則消息m的傳輸路徑變?yōu)?(??1,??2,10,11),(??2,??3,24,25),

(??3,??0,36,37)?研究背景研究內容相關工作成果總結抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議研究內容當延時攻擊的持續(xù)時間為3s時，??2延遲后的發(fā)送時間應為26s，但是此時沒有無人機可以與??2通信，??2不得不存儲攜帶m直到它與??4相遇，并在另一次延時攻擊后傳輸給??4，此時傳輸路徑從?(??1,??2,10,11),(??2,??3,23,24),(??3,??0,36,37)?變?yōu)?(??1,??2,10,11),(??2,??4,38,39),(??4,??0,53,54)?。研究背景研究內容相關工作成果總結3s的延時攻擊導致消息的投遞延遲增加了17s!!!無人機網絡中的延時攻擊會改變消息的傳輸路徑，極大地增加了消息的投遞延遲延時攻擊模型延時攻擊模型研究內容當延時攻擊的持續(xù)時間為3s時，??2延遲后的發(fā)送時間應為26s，但是此時沒有無人機可以與??2通信，??2不得不存儲攜帶m直到它與??4相遇，并在另一次延時攻擊后傳輸給??4，此時傳輸路徑從?(??1,??2,10,11),(??2,??3,23,24),(??3,??0,36,37)?變?yōu)?(??1,??2,10,11),(??2,??4,38,39),(??4,??0,53,54)?。靜態(tài)網絡中的延時攻擊模型無人機網絡中的延時攻擊模型VS研究背景研究內容相關工作成果總結3s的延時攻擊導致消息的投遞延遲增加了17s!!!無人機網絡中的延時攻擊會改變消息的傳輸路徑，極大地增加了消息的投遞延遲研究內容目前還沒有針對無人機網絡中延時攻擊檢測的研究，在無人機網絡中實現延時攻擊檢測的挑戰(zhàn)是多方面的：1由于拓撲高度動態(tài)和通信連接間歇，數據包的傳輸路徑和投遞延遲變化迅速、波動頻繁、差距較大。因此，無法通過投遞延遲的顯著波動來檢測惡意延時攻擊；2由于存儲-攜帶-轉發(fā)機制，攻擊者注入的相對較短的惡意延遲很可能被誤判為正常的無人機存儲攜帶行為；3由于復雜的網絡環(huán)境及其高度動態(tài)性，許多因素都會影響數據包和節(jié)點的轉發(fā)延遲，導致難以構建精確的數學或關系模型。研究背景研究內容相關工作成果總結挑戰(zhàn)與難點研究內容目前還沒有針對無人機網絡中延時攻擊檢測的研究，在無人機網絡中實現延時攻擊檢測的挑戰(zhàn)是多方面的：1無法通過投遞延遲的顯著波動來檢測惡意延時攻擊；2惡意延遲被誤判為正常的無人機存儲攜帶行為；3難以構建精確的數學或關系模型。研究背景研究內容相關工作成果總結1對節(jié)點的轉發(fā)延遲而不是消息的投遞延遲進行評估；2從跨層的角度對無人機網絡協(xié)議棧的每一層，即物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，的延遲相關特征進行選擇；3利用監(jiān)督學習建立所選特征與相應轉發(fā)延遲之間的一致性模型?？寡訒r攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結核心工作流程研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結遍歷接收到的每個消息的傳輸路徑并提取所有兩跳子路徑?(??1,??2,10,11),(??2,??3,23,24),(??3,??0,36,37)??(??1,??2,10,11),(??2,??3,23,24)(??2,??3,23,24),(??3,??0,36,37)?抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議1無法通過投遞延遲的顯著波動來檢測惡意延時攻擊；1對節(jié)點的轉發(fā)延遲而不是消息的投遞延遲進行評估；研究內容物理層數據鏈路層網絡層應用層研究背景研究內容相關工作成果總結抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議2惡意延遲被誤判為正常的無人機存儲攜帶行為；2從跨層的角度對無人機網絡協(xié)議棧的每一層，即物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，的延遲相關特征進行選擇；研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議3難以構建精確的數學或關系模型。3利用監(jiān)督學習建立所選特征與相應轉發(fā)延遲之間的一致性模型。研究內容節(jié)點的一致性程度被形式化為：其中??????和??????分別表示??????????的良性和惡意轉發(fā)行為的數量；????必須是0到1之間的實數，它最初被設置為0.5，其中??????=??????=1。研究背景研究內容相關工作成果總結抗延時攻擊的無人機網絡安全路由協(xié)議3難以構建精確的數學或關系模型。3利用監(jiān)督學習建立所選特征與相應轉發(fā)延遲之間的一致性模型。研究內容性能指標：準確率(ACC)、假陽性(FPR)和假陰性(FNR)任務場景一任務場景二研究背景研究內容相關工作成果總結實驗路由協(xié)議：Epidemic[127]、SprayAndWait[128]、Prophet[129]以及MaxProp[130]實驗設置研究內容任務場景一任務場景二CNN+GMM算法的性能優(yōu)于其他算法組合研究背景研究內容相關工作成果總結監(jiān)督學習和聚類算法組合對比研究內容與CPS[109]和PTP[131]中的延時攻擊檢測方案比較研究背景研究內容相關工作成果總結HOTD始終可以在保持低FPR和低FNR（均低于10%）的同時取得良好的準確率（高于95%）。在無人機網絡的延時攻擊場景中，HOTD的性能要遠遠高于針對CPS和PTP中延時攻擊的檢測方法。延時攻擊檢測方案比較研究內容正常運轉：網絡中不存在惡意節(jié)點和延時攻擊(Router-NonTDA)；網絡中存在惡意節(jié)點實施延時攻擊但沒有部署相應的安全路由協(xié)議(Router-TDA-None)；網絡中存在惡意節(jié)點實施延時攻擊且部署有相應的安全路由協(xié)議(Router-TDA-HOTD)投遞率DeliveryRatio平均延遲AverageDelay負載率OverheadRatio研究背景研究內容相關工作成果總結HOTD能夠在減小延時攻擊對數據包投遞率和平均延遲的影響的同時，降低無人機網絡的負載。路由協(xié)議性能分析研究內容(1)組合一：不同層的所有特征。(2)組合二：物理層、網絡層和應用層的特征。(3)組合三：物理層、數據鏈路層和網絡層的特征。(4)組合四：物理層和網絡層的特征。(5)組合五：物理層的????；數據鏈路層的????????????????、??????????????????和??????????????；網絡層的??????????????、????????????、????????????和??????????????；應用層的????????。組合一至組合四論證了不同層特征的協(xié)同互補；組合五論證了HOTD能夠很好地達到額外開銷和檢測準確率之間的權衡。研究背景研究內容相關工作成果總結特征影響和額外開銷分析研究內容(1)組合一：不同層的所有特征。(2)組合二：物理層、網絡層和應用層的特征。(3)組合三：物理層、數據鏈路層和網絡層的特征。(4)組合四：物理層和網絡層的特征。(5)組合五：物理層的????；數據鏈路層的????????????????、??????????????????和??????????????；網絡層的??????????????、????????????、????????????和??????????????；應用層的????????。組合一至組合四論證了不同層特征的協(xié)同互補；組合五論證了HOTD能夠很好地達到額外開銷和檢測準確率之間的權衡。額外開銷定量分析均小于2.5%研究背景研究內容相關工作成果總結特征影響和額外開銷分析研究內容研究變量：延時攻擊時長；延時攻擊概率；惡意節(jié)點占比；通信周期；鏈路質量；消息創(chuàng)建間隔。研究背景研究內容相關工作成果總結不同變量對檢測準確率的影響均高于85%研究內容研究背景研究內容相關工作成果總結不同變量對檢測準確率的影響均高于85%總結與展望成果總結研究背景成果總結相關工作研究內容1針對現有無人機網絡路由協(xié)議大多僅利用網絡協(xié)議棧下三層的參數進行路由決策，未利用多維度跨層信息，提出了一個面向多跳無人機網絡的跨層路由優(yōu)化框架HOLO：(1)對物理、數據鏈路、網絡、傳輸以及應用等協(xié)議層的路由參數、信息以及反饋進行整體的收集、分析和利用，從而達到整體的跨層交互和融合；(2)提出了面向優(yōu)化目標的高效路由決策機制以優(yōu)化路由，從而達到更好的網絡整體性能。2基于HOLO跨層路由優(yōu)化框架，針對現有路由協(xié)議假設無人機的傳輸功率固定，未考慮聯合功率調度和控制進行跨層路由優(yōu)化的問題，提出了一種功率感知的多跳無人機網絡路由協(xié)議PAR：(1)對物理層的功率信息進行自適應調節(jié)，并利用預先規(guī)劃的軌跡信息來計算不同功率級別下無人機之間的相遇情況;(2)基于相遇信息，聯合應用層的QoS需求，以延遲約束和能耗最小化為優(yōu)化目標，構建功率感知相遇樹，從而找到滿足條件的高效傳輸路徑。3針對現有無人機網絡路由協(xié)議未考慮延時攻擊的問題，提出了一個整體跨層的延時攻擊檢測框架HOTD以及抗延時攻擊的多跳無人機網絡安全路由協(xié)議：(1)通過對協(xié)議棧各層的延遲相關特征進行提取，采用監(jiān)督學習建立選定特征和轉發(fā)延遲的一致性模型，并基于訓練建立的一致性模型計算出網絡中各個節(jié)點的一致性程度；(2)根據網絡節(jié)點一致性程度，利用