本发明专利技术提供一种基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，包括以下步骤：在起飞前的任务装订阶段，对参与任务的无人飞行器进行身份认证，根据无人飞行器蜂群的部署情况和任务指定的目标位置，进行任务装订；每个无人飞行器对处于自身通信作用距离的邻居节点进行通信询问并收集握手信息，完成基于区域建网的区域初始种子节点初选；进行整个无人飞行器蜂群的区域初始主节点竞选以及分簇内组网；将各分簇的区域主节点无人飞行器作为各自簇首，按照委托权益证明的原则进行去中心化的无人飞行器蜂群组网。本发明专利技术的方法，解决了有中心的主从式蜂群系统健壮性不足易崩溃，完全无中心蜂群网络一致性行为过程耗时长、程度弱的缺点。的缺点。的缺点。
【技术实现步骤摘要】
基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法
[0001]本专利技术涉及无人飞行器
，特别涉及一种基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法、系统、电子设备和存储介质。
技术介绍
[0002]现有技术中，蜂群协作是无人飞行器/无人车/无人船等无人运载器的典型工作模式。无人飞行器蜂群系统是由一定数量的具有不同功能的无人飞行器共同组成，能够互相协作，整体具有能力涌现特点的飞行系统。无人飞行器蜂群的组群方式可以是主从型的，也可以是无中心的。蜂群协作能大幅度提升单个飞行器的能力，发挥数量多、范围广、速度快、作战灵活的优势，提升蜂群联合目标搜索、环境态势感知、任务协同等能力。
[0003]基于主从型的蜂群系统易于实现，但是由于系统过于依赖主节点的通信和计算资源，使得系统抗毁性不足，一旦主节点发生故障，则容易导致整个系统发生瘫痪，甚至遭遇劫持产生与预期相反的整体行为，而备份主节点轮换机制也会产生巨大的轮换消耗。而完全无中心化的蜂群系统，具备良好的健壮性，但是却存在着达成整体行为特征的一致性收敛过程慢的缺点，尤其是在由大量无人运载器构成的大规模蜂群系统中，该缺点会表现得更加突出。
[0004]委托权益证明（Delegated Proof of Stake，DPOS）是区块链
中的一种典型共识机制，该机制通过在去中心化的分布式节点中选举若干代理人负责验证和记账，从而解决区块链技术中传统的工作量证明机制（POW）算力资源消耗量大，和权益证明机制（POS）容易形成首富账号权力过大的弊端。
[0005]委托权益证明机制会大规模无人飞行器蜂群系统的实现提供了良好组织实施的借鉴，应用委托权益证明的共识机制，大规模蜂群系统将达成系统效率和健壮性的平衡。
技术实现思路
[0006]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，解决了有中心的主从式蜂群系统健壮性不足易崩溃，完全无中心蜂群网络一致性行为过程耗时长、程度弱的缺点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的一种基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，包括以下步骤：在起飞前的任务装订阶段，对参与任务的无人飞行器进行身份认证，根据无人飞行器蜂群的部署情况和任务指定的目标位置，进行任务装订；每个无人飞行器对处于自身通信作用距离的邻居节点进行通信询问并收集握手信息，完成基于区域建网的区域初始种子节点初选；进行整个无人飞行器蜂群的区域初始主节点竞选以及分簇内组网；将各分簇的区域主节点无人飞行器作为各自簇首，按照委托权益证明的原则进行去中心化的无人飞行器蜂群组网。
[0008]进一步地，所述在起飞前的任务装订阶段，对参与任务的无人飞行器进行身份认证，根据无人飞行器蜂群的部署情况和任务指定的目标位置，进行任务装订的步骤，还包括，基于无人飞行器的载荷配置、MAC地址、数据链标识进行颁发身份证明；装订的任务参数包括任务类型侦查或投送、集结点位和目标区域。
[0009]进一步地，所述每个无人飞行器对处于自身通信作用距离的邻居节点进行通信询问并收集握手信息，完成基于区域建网的区域初始种子节点初选的步骤，还包括，无人飞行器节点i向通信作用距离内的机群发送建网请求，建网请求包括节点i身份信息以及电子签名，为，其中为身份信息，包括发送时间戳以及有效期，有效期为当前消息的失效时间，则为电子签名；邻居节点m接收到无人飞行器节点转发的建网请求，通过发送时间戳和有效期判断建网请求的有效性，根据接收到的有效建网请求和，选择近距离的信息进行响应，向其发送响应握手信息，其中为m点近距离的竞选节点的信息，为身份信息。
[0010]进一步地，所述进行整个无人飞行器蜂群的区域初始主节点竞选以及分簇内组网的步骤，还包括，完成区域初始主节点初选后，蜂群中每个无人飞行器节点ｍ均存在一个建网节点ｋ(m)，整个无人飞行器蜂群生成若干个临时建网节点序列{k}分别作为区域的分中心；初选得到的临时建网节点序列序列｛ｋ｝，如果获得的握手信息数量大于８，则分别向其通信作用距离内的无人飞行器蜂群节点发送正式建网请求，其中C（k）为身份信息，S（k）为电子签名，为初选阶段获得的握手信息；当节点ｍ收到包含自身握手信息V（m）的正式建网请求时，判断所述节点ｍ是否已参与初选，若是则向请求节点ｋ回复拒绝建网的消息，否则向请求节点ｋ回复允许建网的消息；节点ｋ在接收到节点ｍ回应的建网请求后，节点k产生对m所发送回应消息的确认消息，并将其返回给m节点，同时广播给无人飞行器蜂群内其他节点；所述确认消息包含正式建网请求信息和双方身份信息，根据握手信息数量要求对握手信息数量进行相应增加或减少。
[0011]进一步地，所述将各分簇的区域主节点无人飞行器作为各自簇首，按照委托权益证明的原则进行去中心化的无人飞行器蜂群组网的步骤，还包括，各区域主节点完成本分簇内的网络建立及确认后，向整个无人飞行器蜂群广播簇间组网请求，其中ａ为区域主节点，C（a）为身份信息，S（a）为电子签名，为其位置和速度信息，为该组网请求已获得的其他区域主节点ｂ认可的信息，包含认可节点b的签名信息和位置速度信息；各分簇内的非主节点转发本分簇和其他分簇内区域主节点的簇间组网请求，将本分簇的主节点发出的簇间组网请求转发至其他分簇内，将其他分簇内区域主节点的簇间组网请求转发至本分簇内；
在第一个通信周期内，若区域主节点收到来自其他主节点的组网请求，则选择最先收到且获得签名的区域主节点数量最多的请求进行响应；在第二个通信周期内，各区域主节点均根据第一通信周期内的原则响应并转发获得签名最多的簇间组网请求，直至簇间组网请求达成一致后，完成整个蜂群的时间同步；各节点根据组网信息中的各节点位置，采用定向数据链路在预测位置附近负责搜索目标节点，获得节点回应后保持所述定向数据链路的通信维护。
[0012]进一步地，还包括进行分簇内组网维护，当分簇内存在新节点无人飞行器加入或故障节点无人飞行器退出时，向本分簇内的无人飞行器区域主节点发送入网请求或退出声明，如区域主节点发生故障则按照选举机制更换区域主节点；对于新入网的节点申请，由本分簇内的区域主节点校核其身份信息后审批，并向簇内发起广播，簇内节点在簇内进行转发；对于包含自身节点的退出声明，则校验声明的信息来源是否符合身份信息后向簇内广播。
[0013]进一步地，还包括，当区域主节点退出或者簇内其他节点发现该主节点失效时，由其他分簇节点选举出分簇内新的区域主节点。
[0014]更进一步地，还包括，分簇内各节点均向簇内全向广播自身的选举请求；分簇内各节点相互转发簇内其它节点的选举请求，已转发过的则不再转发；分簇内各节点对收到的选举请求进行回复，在一个通信周期内按照通信耗时最小优先原则进行选举确认，并将确认消息返回提出选举的节点并广播全网；分簇收到各节点的投票回复消息后，记录票数，按照分簇内总数的半数以上为原则，确认当选的新一轮的区域主节点，将确认消息广播整个分簇；如第一轮的选举节点均未超过半数以上票数，则对选举节点重新按照得票数优先的原则再次投票本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，其特征在于，包括以下步骤：在起飞前的任务装订阶段，对参与任务的无人飞行器进行身份认证，根据无人飞行器蜂群的部署情况和任务指定的目标位置，进行任务装订；每个无人飞行器对处于自身通信作用距离的邻居节点进行通信询问并收集握手信息，完成基于区域建网的区域初始种子节点初选；进行整个无人飞行器蜂群的区域初始主节点竞选以及分簇内组网；将各分簇的区域主节点无人飞行器作为各自簇首，按照委托权益证明的原则进行去中心化的无人飞行器蜂群组网。2.根据权利要求1所述的基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，其特征在于，所述在起飞前的任务装订阶段，对参与任务的无人飞行器进行身份认证，根据无人飞行器蜂群的部署情况和任务指定的目标位置，进行任务装订的步骤，还包括，基于无人飞行器的载荷配置、MAC地址、数据链标识进行颁发身份证明；装订的任务参数包括任务类型侦查或投送、集结点位和目标区域。3.根据权利要求1所述的基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，其特征在于，所述每个无人飞行器对处于自身通信作用距离的邻居节点进行通信询问并收集握手信息，完成基于区域建网的区域初始种子节点初选的步骤，还包括，无人飞行器节点i向通信作用距离内的机群发送建网请求，建网请求包括节点i身份信息以及电子签名，为，其中为身份信息，包括发送时间戳以及有效期，有效期为当前消息的失效时间，则为电子签名；邻居节点m接收到无人飞行器节点转发的建网请求，通过发送时间戳和有效期判断建网请求的有效性，根据接收到的有效建网请求和，选择近距离的信息进行响应，向其发送响应握手信息，其中为m点近距离的竞选节点的信息，为身份信息。4.根据权利要求1所述的基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，其特征在于，所述进行整个无人飞行器蜂群的区域初始主节点竞选以及分簇内组网的步骤，还包括，完成区域初始主节点初选后，蜂群中每个无人飞行器节点ｍ均存在一个建网节点ｋ(m)，整个无人飞行器蜂群生成若干个临时建网节点序列{k}分别作为区域的分中心；初选得到的临时建网节点序列序列｛ｋ｝，如果获得的握手信息数量大于８，则分别向其通信作用距离内的无人飞行器蜂群节点发送正式建网请求，其中C（k）为身份信息，S（k）为电子签名，为初选阶段获得的握手信息；当节点ｍ收到包含自身握手信息V（m）的正式建网请求时，判断所述节点ｍ是否已参与初选，若是则向请求节点ｋ回复拒绝建网的消息，否则向请求节点ｋ回复允许建网的消息；节点ｋ在接收到节点ｍ回应的建网请求后，节点k产生对m所发送回应消息的确认消息，
并将其返回给m节点，同时广播给无人飞行器蜂群内其他节点；所述确认消息包含正式建网请求信息和双方身份信息，根据握手信息数量要求对握手信息数量进行相应增加或减少。5.根据权利要求1所述的基于委托权益证明的无人飞行器蜂群分簇自组网方法，其特征在于，所述将各分簇的区域主节点无人飞行器作为各自簇首，按照委托权益证明的原则进行去中心化的无人飞行器蜂群组网的步骤，还包括，各区域主节点完成本分簇内的网络建立...
【专利技术属性】
技术研发人员：武应华，赵国宏，焦巍，历玲，
申请(专利权)人：中国人民解放军九六九零一部队，
类型：发明
国别省市：
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