一种自组网无人机集群系统技术方案

一种自组网无人机集群系统，将参与执行任务的多个无人机按层次编成多个逻辑组，逻辑群组的形成和逻辑群组中无人机节点的运行无需服务器参与，最小单位的逻辑组包括一个组长节点和多个组员节点，其特征在于，待加入集群的无人机节点靠近某一逻辑群组中任一无人机节点时，与该靠近的逻辑群组中的该无人机节点建立通信链路。一旦某一或者某些无人机被敌方打击，本发明专利技术提供的系统还可以重新增加无人机并自组网络，可靠性高，可适应当前复杂多变的应用环境。

A Cluster System of Unmanned Aerial Vehicles in Ad Hoc Networks

An autonomous network UAV cluster system is composed of multiple UAVs participating in the task, which are organized into logical groups according to the hierarchy. The formation of logical groups and the operation of UAV nodes in logical groups do not require the participation of servers. The logical group of the smallest unit includes a group leader node and multiple group members nodes. The characteristics of the system are that the UAV nodes to be joined in the cluster are close to a logical group. Any UAV node establishes a communication link with the UAV node in the adjacent logical group. Once an unmanned aerial vehicle or some unmanned aerial vehicle is attacked by the enemy, the system provided by the invention can also re-add the unmanned aerial vehicle and self-organizing network, with high reliability, and can adapt to the current complex and changeable application environment.

【技术实现步骤摘要】
一种自组网无人机集群系统
本专利技术涉及一种自组网无人机集群系统，属于无线通信

技术介绍
无人机群组网技术成为近年来无人机发展的热点研究方向。而现有的无人机集群均使用传统的无线组网方式进行通信。在传统的无线组网通信中，无人机只与地面指控中心等固定网络基础设施通信而不与其他无人机通信。现有的无人机集群系统存在以下几方面的缺陷：(1)受限于传统的点对点通信方式，现有的无人机集群系统只能在单个无人机的有效通信距离范围内进行作战，作战范围小；(2)所有无人机都只与指控中心或基站进行通信，灵活性差；需要网络基础设施的支持，这要求提前到所选场所建立基站等基础设施，难度高；若网络基础设施被敌方打击，整个无人机通信网络将失效，可靠性差，无法适应当前复杂多变的战场环境。这些缺陷削弱了无人机集群执行任务的能力，限制了无人机集群在某些范围的应用，是无人机集群亟待解决的重要问题，为解决上述技术问题，现有技术中提供了无人机自组网络，但现有技术中提供的无人机自组网络中，一旦某一或者某些无人机被敌方打击，就不能重新自组网，可靠性低，不能适应当前复杂多变的应用环境。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术的专利技术目的是提供自组网无人机集群系统，某一或者某些无人机被敌方打击，还可以重新增加无人机并自组网络，可靠性高，可适应当前复杂多变的应用环境。为实现所述专利技术目的，本专利技术提供一种自组网无人机集群系统，其特征在于，将参与执行任务的多个无人机按层次编成多个逻辑组，逻辑群组的形成和逻辑群组中无人机节点的运行无需服务器参与，最小单位的逻辑组包括一个组长节点和多个组员节点，其特征在于，待加入集群的无人机节点靠近某一逻辑群组中任一无人机节点时，与该靠近的逻辑群组中的该无人机节点建立通信链路，具体包括：S01：待加入集群的无人机节点和逻辑群组内的每个节点将预设频段分成N个子信道，将N个子信道分成n组子信道组，每组子信道组有k个子信道，则N＝n·k，n和k均大于或等于2；S02：待加入集群的无人机节点在每组的一个空闲信道上重复发送探针，并等待回应；集群中任一节点不断地扫描n组子信道组，并在收到待入群无人机节点所发送的探针时的信道上发送回应信号。S03：待加入集群的无人机节点如果接收到集群中任一终端所发送的回应信号时，则与集群中该节点建立通信连接，待加入集群的无人机节点和集群中该终端进入握手认证阶段；如果没有接收到集群中任一终端所发送的回应信号，则返回S02。优选地，待加入集群的无人机节点在每组的一个空闲信道上重复发送探针，并等待回应包括如下步骤：S03-1：待加入集群的无人机节点选取一个子信道组，以该子信道组为起点重新组成分组的遍历集合；S03-2：待加入集群的无人机节点在该信道组中根据频谱感知是否存在空闲子信道；S03-3：如果该信道组中有空闲子信道，则待加入集群的无人机节点在长度为TTX的时隙中，在该信道组中的一个空闲信道上发送探针；S03-4：待加入集群的无人机节点在长度为TRX的时隙中查询回应信号，其中，S03-5：判断是否收到集群中某一节点的回应信号，如果收到，则进入握手阶段；如果没有收到，则判断是否重复了k次，如果重复了k次，则判断是否遍历了所有的子信道组；如果没有重复k次，则返回S03-3。优选地，集群中任一终端不断地扫描n组子信道组，并在收到待加入集群的无人机节点所发送的探针时在待加入集群的无人机节点发送探针的信道上发送回应信号包括如下步骤：S04-1：集群中每一终端选取一个子信道组，以该子信道组为起点重新组成分组的遍历集合；S04-2：集群中每一终端以时长Tb为一个跳频时隙，以T＝kTb为一个周期，遍历当前子信道组中的所有k个子信道以搜索待加入集群的无人机节点发送的探针；S04-3：如果在当前子信道组中搜索到待加入集群的无人机节点发送的探针，则重点扫描该子信道组并在待加入集群的无人机节点发送探针的子信道上发送回应信号，并进入认证阶段；如果在当前子信道组中没有搜索到待加入集群的无人机节点发送的探针，则判断是否重复了Ω次，如果是，则判断是否历遍了所有子信道组；如果否，则返回S04-2，这里，Ω将其称为重复系数，一般取值Ω〈k。优选地，所述组长节点通过定期向组员节点发送心跳数据帧并检查回应的方式检测组员节点的存活状态。优选地，组长节点通过定期向组员节点发送心跳数据帧并检查回应的方式检测组员节点的存活状态具体包括：S01:组长节点通过无线适配器定期向每个组员发送心跳数据帧，并检测每个组员节点的回应；S02:如果收到每个组员的回应，则判定该组员节点正常，可进行正常通信并下达任务，否则，初步判定该节点可能为异常节点；S03:对于存在可能为异常的节点的情况，组长节点发送广播，使同一群组的每一个组员节点均进行节点寻找，并进行认证操作。优选地，所述组员节点通过是否定期接收到组长节点发送的心跳数据帧来判断组长节点是否存活。优选地，所述组员节点通过是否定期接收到组长节点发送的心跳数据帧来判断组长节点是否存活具体包括：S01：组员节点定期接收组长节点发送的心跳数据帧；S02：如果定期收到组长的心跳数据帧，则判定该组长节点正常，可进行正常通信，否则，初步判定为组节点可能异常；S03：对于组长节点可能异常的情况，每一个组员节点均进行节点寻找，并进行认证操作；S04：如果认证通过，进行组长节点选举，由新的组长节点广播网络标识符、网络配置信息和信道信息。与现有技术相比，本专利技术达到如下有益效果：(1)作战范围扩大；(2)灵活高；(3)作战难度低；(4)某一或者某些无人机被敌方打击，还可以重新增加无人机，重新自组网，可靠性高，可适应当前复杂多变的应用环境；(5)彼此之间能够获取对方的存活状态。附图说明图1是本专利技术提供的无人机集群系统组成示意图；图2是本专利技术提供的无人机载装置的组成框图；图3是本专利技术提供的无人机能源装置的电路图；图4是本专利技术提供的无人机动力装置的电路图；图5是本专利技术提供的组长节点的工作流程图；图6是本专利技术提供的组员节点的工作流程图；图7是本专利技术提供的检验待认证无人机节点合法性的流程图；图8是本专利技术提供的中继节点的工作过程的流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是电连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1是本专利技术提供的新能源的无人机集群系统组成示意图，无人机集群系统中，无人机载装置都被设置以通过ad-hoc无线数据连接而进行通信。另外，无人机载装置可以使用无线适配器而建立无线数据连接，相邻的无人机载装置通过频谱感知并进行认证建立起无线连接。认证通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自组网无人机集群系统，其特征在于，将参与执行任务的多个无人机按层次编成多个逻辑组，逻辑群组的形成和逻辑群组中无人机节点的运行无需服务器参与，最小单位的逻辑组包括一个组长节点和多个组员节点，其特征在于，待加入集群的无人机节点靠近某一逻辑群组中任一无人机节点时，与该靠近的逻辑群组中的该无人机节点建立通信链路，具体包括：S01：待加入集群的无人机节点和逻辑群组内的每个节点将预设频段分成N个子信道，将N个子信道分成n组子信道组，每组子信道组有k个子信道，则N＝n·k，n和k均大于或等于2；S02：待加入集群的无人机节点在每组的一个空闲信道上重复发送探针，并等待回应；集群中任一节点不断地扫描n组子信道组，并在收到待入群无人机节点所发送的探针时的信道上发送回应信号。S03：待加入集群的无人机节点如果接收到集群中任一终端所发送的回应信号时，则与集群中该节点建立通信连接，待加入集群的无人机节点和集群中该终端进入握手认证阶段；如果没有接收到集群中任一终端所发送的回应信号，则返回S02。

【技术特征摘要】
1.一种自组网无人机集群系统，其特征在于，将参与执行任务的多个无人机按层次编成多个逻辑组，逻辑群组的形成和逻辑群组中无人机节点的运行无需服务器参与，最小单位的逻辑组包括一个组长节点和多个组员节点，其特征在于，待加入集群的无人机节点靠近某一逻辑群组中任一无人机节点时，与该靠近的逻辑群组中的该无人机节点建立通信链路，具体包括：S01：待加入集群的无人机节点和逻辑群组内的每个节点将预设频段分成N个子信道，将N个子信道分成n组子信道组，每组子信道组有k个子信道，则N＝n·k，n和k均大于或等于2；S02：待加入集群的无人机节点在每组的一个空闲信道上重复发送探针，并等待回应；集群中任一节点不断地扫描n组子信道组，并在收到待入群无人机节点所发送的探针时的信道上发送回应信号。S03：待加入集群的无人机节点如果接收到集群中任一终端所发送的回应信号时，则与集群中该节点建立通信连接，待加入集群的无人机节点和集群中该终端进入握手认证阶段；如果没有接收到集群中任一终端所发送的回应信号，则返回S02。2.根据权利要求1所述的自组网无人机集群系统，其特征在于，待加入集群的无人机节点在每组的一个空闲信道上重复发送探针，并等待回应包括如下步骤：S03-1：待加入集群的无人机节点选取一个子信道组，以该子信道组为起点重新组成分组的遍历集合；S03-2：待加入集群的无人机节点在该信道组中根据频谱感知是否存在空闲子信道；S03-3：如果该信道组中有空闲子信道，则待加入集群的无人机节点在长度为TTX的时隙中，在该信道组中的一个空闲信道上发送探针；S03-4：待加入集群的无人机节点在长度为TRX的时隙中查询回应信号，其中，S03-5：判断是否收到集群中某一节点的回应信号，如果收到，则进入握手阶段；如果没有收到，则判断是否重复了k次，如果重复了k次，则判断是否遍历了所有的子信道组；如果没有重复k次，则返回S03-3。3.根据权利要求2所述的自组网无人机集群系统，其特征在于，集群中任一终端不断地扫描n组子信道组，并在收到待加入集群的无人机节点所发送的探针时在待加入集群的无人机节点发送探针的信道上发送回应信号包括如下步骤：S0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐宁，朱朝武，王宇，张惠民，
申请(专利权)人：北京领云时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11