面向多无人艇协同控制的混合通信网络架构、管理方法及通信质量评价技术

本发明专利技术公开了一种面向多无人艇协同控制的混合通信网络架构、管理方法及通信质量评价方法，本发明专利技术提出了一种远程移动通信与无线自组网相结合的混合式网络架构以满足多无人艇协同控制时的通信需求，并在组网管理方面提出一种结合节点度、剩余能量等修正因子的改进LEACH分簇算法，实现多无人艇之间组网通信，该组网方法可以更灵活、更进一步地延长网络的生存周期。本发明专利技术建立的多无人艇组网通信网络信道模型以及QoS评价机制，可以评估无人艇协同控制期间网络的时延、丢包率、连通率等指标，可以在满足协同控制需要的通信质量保障下，为提高多无人艇的协同作业效率提供一定的依据和约束，以达到通信质量保障与多无人艇作业效率之间的平衡。之间的平衡。之间的平衡。

【技术实现步骤摘要】
面向多无人艇协同控制的混合通信网络架构、管理方法及通信质量评价


[0001]本专利技术属于无人艇协同控制通信领域，更具体地，涉及一种面向 分布范围广、位置动态变化的多无人艇协同控制场景需求的通信网络 架构设计，组网方法及其通信质量评价问题。

技术介绍

[0002]近年来，人工智能领域的研究热度空前，随着对海洋开发的重视 程度提高，各种新型海洋勘探技术应运而生，海洋环境开发、海洋工 程领域与人工智能的结合越来越紧密。在此背景下，智能化、无人化 的机器人研究取得了越来越多的重视，其中很多智能化机器人产品已 经在实际的生产生活中得到了运用。然而相比于单独的智能化机器人， 多机器人集群、编队控制可以实现许多单机器人无法完成的任务，提 高作业效率。因此，协同控制技术也越来越受到重视。对于机器人的 协同控制而言，有多种如虚拟领航、领航跟随、基于行为、基于图等 控制策略。然而无论哪种策略，其控制对信息交互的有效性，可靠性 与实时性都是具有一定需求的，以领航
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跟随策略为例，领航节点与跟 随节点的信息交互需要实时、准确。多无人艇协同队形的形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向多无人艇协同控制的混合式通信网络架构，其特征在于：在近海、内河、湖泊等具备移动基站信号地域，采用4/5G移动通信技术与ZigBee、WIFI等无线自组网技术相结合的通信网络架构，无人艇之间组成Ad hoc网络，并在无人艇上配备4G
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DTU模块组成混合通信网络硬件，该混合网络架构既可以充分利用无线自组网的灵活性，借助远程通信技术实现无人艇不受地域限制的通信需求；作为补充，在远海以及没有移动通信基站信号覆盖的区域，可采用卫星通信技术，海上浮标与WIMAX组网通信技术相结合的通信网络架构，以此形成适用于无人艇各种场景下特别是协同控制场景下的混合式通信网络架构。2.一种基于权利要求1的面向多无人艇协同控制场景下的混合式通信网络组网管理方法，其特征在于包含以下五个步骤：(1)将大规模无人艇编队节点分为簇头节点和普通节点，记录每个节点的当前剩余能量和距离当前节点通信范围以内的邻居节点数量即节点度；(2)有些通信场景无人艇之间的通信能量消耗占比大，而有些场景无人艇与基站通信的能量消耗大，为了适应不同的能量消耗场景，提出修正因子项如下式：其中A，B，C是控制因子项，E
i
(r)代表第r轮组网过程中第i个节点的剩余能量值，E
max
(r)代表第r轮组网过程中节点能量的最大值，D(i)代表节点i的节点度数，D
max
代表第r轮组网过程中所有无人艇节点中节点度数最大值，d
avg
代表节点距离移动通信基站或远程卫星网络通信基站的平均距离，通过调整修正因子中的控制因子项，可以提高无人艇组网的网络生存周期；(3)在步骤(2)的基础上，修正传统LEACH算法中普通节点的门限值，提出改进的LEACH算法用于计算门限值，选举簇头，其门限值计算公式如下：W为步骤(2)所定义的修正因子项，p代表簇头节点占全部节点的比例，r为组网的轮次，其中修正因子项W可以通过改变控制因子项A，B，C来调整在选举簇头的过程中节点剩余能量、节点度数以及节点距离和移动通信基站或远程卫星网络通信基站的距离三个因素的占比，使组网管理方法更加灵活；(4)基于步骤(3)的改进LEACH算法选举出簇首节点，具体方式为待选节点产生一个数值范围在0
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1的随机数，比较产生随机数与门限值T(n)之间的大小，若随机数小于门限值，则该节点被选为该轮通信网络中的簇首节点；(5)为了满足大规模无人艇系统的协同控制通信需求，在步骤(4)选举出若干簇头节点的基础上，对于非簇首节点，计算其与所有簇首节点之间的距离，选择距离最近的簇首节点加入以成簇，在通信过程中，簇成员只与该分簇的簇首进行数据交互，每个簇的簇首可以收
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【专利技术属性】
技术研发人员：向先波，张少泽，袁烨，杨少龙，张琴，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：