杨福增教授团队：面向果园多机器人通信的AODV路由协议改进设计与测试（2021年第1期）

引用格式：毛文菊, 刘恒, 王东飞, 杨福增, 刘志杰. 面向果园多机器人通信的AODV路由协议改进设计与测试[J]. 智慧农业(中英文), 2021, 3 (1): 96-108.

MAO Wenju, LIU Heng, WANG Dongfei, YANG Fuzeng, LIU Zhijie. Improved AODV routing protocol for multi-robot communication in orchard[J]. Smart Agriculture, 2021, 3 (1): 96-108.

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面向果园多机器人通信的AODV路由协议改进设计与测试

毛文菊1，2，3， 刘恒1，2，3， 王东飞1，2，3， 杨福增1，2，3，4*， 刘志杰1，2，3
（1.西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西杨凌 712100；2.农业农村部苹果全程机械化科研基地，陕西杨凌 712100；3.农业农村部北方农业装备科学观测实验站，陕西杨凌 712100；4.黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌 712100）

摘要：针对多机器人在果园中作业时的通信需求，本研究基于Wi-Fi信号在桃园内接收强度预测模型，提出了一种引入优先节点和路径信号强度阈值的改进无线自组网按需平面距离向量路由协议（AODV-SP）。对AODV-SP报文进行设计，并利用NS2仿真软件对比了无线自组网按需平面距离向量路由协议（AODV）和AODV-SP在发起频率、路由开销、平均端到端时延及分组投递率4个方面的性能。仿真试验结果表明，本研究提出的AODV-SP路由协议在发起频率、路由开销、平均端到端时延及分组投递率4个方面的性能均优于AODV协议，其中节点的移动速度为5 m/s时，AODV-SP的路由发起频率和路由开销较AODV分别降低了3.65%和7.09%，节点的移动速度为8 m/s时，AODV-SP的分组投递率提高了0.59%，平均端到端时延降低了13.09%。为进一步验证AODV-SP协议的性能，在实验室环境中搭建了基于领航-跟随法的小型多机器人无线通信物理平台并将AODV-SP在此平台应用，并进行了静态丢包率和动态测试。测试结果表明，节点相距25 m时静态丢包率为0，距离100 m时丢包率为21.01%；动态行驶时能使机器人维持链状拓扑结构。本研究可为果园多机器人在实际环境中通信系统的搭建提供参考。

关键词：果园；AODV-SP路由协议；无线通信；多机器人；物理平台；仿真

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图1 节点布置及AODV协议路径

Fig. 1  Nodelayout and AODV protocol path

图2 AODV-SP 改进后的数据包

Fig. 2 Improved data packet of AODV-SP

图3 AODV-SP路由发现算法流程

Fig. 3 Flowchart of AODV-SP routing protocol route discovery algorithm

图4 AODV-SP路由选择算法流程

Fig. 4 Flowchart of AODV-SP routing protocol routing algorithm

图5 ADOV-SP仿真过程

Fig. 5 Simulation process of ADOV-SP

图6 AODV和AODV-SP的测试结果对比

Fig. 6  Comparison of simulation results for AODV andAODV-SP

图7 无线通信平台主要组成部件

Fig. 7  Main components of the wireless communication platform

图8 通信系统测试

Fig. 8 Communication system testing

图9 通信系统测试界面

Fig. 9  Testinterface of communication system

来源：《智慧农业（中英文）》2021年第1期