一种基于制造技术

本发明专利技术涉及无人机仿真技术领域，尤其为一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于redis完成内部通信的无人机仿真系统


[0001]本专利技术涉及无人机仿真
，尤其是一种基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统
。

技术介绍

[0002]无人机仿真系统是一种软件工具，用于模拟无人机的飞行
、
控制和传感器操作
。
这种仿真系统可以帮助无人机制造商
、
研究人员和用户测试无人机的性能
、
验证新的控制算法
、
评估传感器的准确性
、
进行系统集成和培训无人机操作员
。
无人机仿真系统可以提供真实的无人机飞行和操作体验，同时避免了飞行测试中的安全风险和成本问题
。
它可以帮助无人机制造商在设计和测试新的无人机时节省时间和成本；帮助研究人员验证新的控制算法和传感器技术；帮助用户熟悉无人机的操作和操作程序
。
[0003]RflySim
平台是由北航可靠飞行控制组发布的生态系统或工具链，是上述无人机仿真系统的典型实现，目前主要由卓翼智能科技有限公司的飞思实验室维护更新，其所有应用软件之间可以通过
UDP
协议在局域网内相互收发消息，这种分布式的构架基于
UDP
网络实现组件间的通信，在局域网环境中可以按需增加物理机个数，增加仿真系统中无人机的容量
。
[0004]RflySim
平台主要采用
UDP
通信协议实现无人机仿真系统组件间的通信，基于
UDP
协议的数据收发无连接建立过程，因而收发数据相对简单，但是也有以下缺点：
1. 不可靠性：
UDP 不提供可靠的传输，因为它不会确认数据包是否已被接收，也不会重新发送失去的数据包
。
因此，如果数据包在传输过程中丢失或损坏，接收方将无法检测到错误或纠正错误
。
[0005]2. 数据包顺序问题：
UDP 不保证数据包的顺序，因为每个数据包都是独立的，可以按任意顺序到达接收方
。
这意味着，如果应用程序需要按特定的顺序处理数据包，它必须自己实现数据包排序的逻辑
。
[0006]3. 没有拥塞控制：
UDP 不提供拥塞控制，因此当网络拥塞时，
UDP 数据包可能会丢失或延迟，导致数据传输速度变慢或不可用
。
[0007]4. 无法保证数据完整性：
UDP 不提供数据完整性保护，因此数据包在传输过程中可能会被篡改
、
丢失或重复
。
这意味着，如果应用程序需要保证数据的完整性，它必须自己实现数据完整性校验的逻辑
。
[0008]UDP
的缺点导致仿真系统的稳定性和准确性在大规模集群仿真场景下，会因网络上通信量的增加而下降，影响仿真结果的正确性，甚至引起仿真过程的异常中断，如无人机飞控的关键数据丢失，导致无人机失控，无法起飞或者按规划的轨迹飞行
。
[0009]故提出一种基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，克服
Rflysim
平台在大规模集群仿真过程中的稳定性问题，同时通过容器化改造，解除仿真系统部署在同一台主机上造成的计算资源限制，支持更大集群规模的仿真
。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是通过提出一种基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，以解决上述
技术介绍
中提出的缺陷
。
[0011]本专利技术采用的技术方案如下：提供一种基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，包括：数据采集模块：用于采集系统数据；
redis
替代模块：用于采用
redis
中间件平行替代
UDP
协议；容器化改造模块：用于对
CopterSim
模型服务进行容器化改造；系统应用模块：用于将经过
redis
替代和容器化改造后的模型服务应用于系统通信中
。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述
redis
替代模块将组件间的通信由之间从发送方通过
UDP
协议发送给接收方，改变为先有发送方发送给
redis
中间件的特定消息队列，对应于
UDP
的协议端口概念，再由接收方从相同的消息队列接收
。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述发送方到
redis
中间件和
redis
中间件到接收方的通信都基于有连接的
TCP
协议完成
。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述
redis
中间件基于协议自适应切换算法进行特定消息队列与
UDP
的协议端口的自适应对应
。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述协议自适应切换算法具体如下：根据影响
redis
替代模块的特定消息队列的系统切换状态条件建立状态矩阵，处理配置的加权参数矩阵，将特定消息队列的状态量化为竞争因子，通过竞争因子的大小确定各特定消息队列的系统切换状态；定义关于离散时间的竞争因子函数如下：
;
其中，为协议在时刻的竞争因子，为影响通信的系统状态矩阵关于离散时间的函数，为各类状态的影响因子矩阵；影响特定消息队列的系统切换状态的状态矩阵如下：
;
其中，矩阵元素为特定消息队列的状态信息关于离散时间的抽象模型，为状态矩阵元素个数，
T
为矩阵的转置，
=1
当时表示状态正常，
=0
时表示状态异常；各类状态的影响因子矩阵如下：
;
其中，矩阵元素为
UDP
的协议端口的对应程度，为各类状态的影响因子矩阵的元素个数
。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述协议自适应切换算法根据的值基于自
适应蚁群算法进行搜索获取最大值，选取最佳协议端口进行对应，进行系统的数据通信
。
[0017]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述自适应蚁群算法具体如下：将划分区间的特征数据集模拟为蚂蚁选择的边，融入信息素浓度
、
启发函数，针对第
u
点位置的第
s
只蚂蚁，当
u
不属于时，则选
v
的概率为：
;
其中，表示迭代次数为
t
时的信息素启发因子，表示能见度因子，为蚂蚁
s
从节点
u
移动至节点的信息素强度，表示第
s
只蚂蚁集合的可行节点，为边上的状态系数；
;
其中，
W
为最大迭代次数；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，其特征在于：包括：数据采集模块（
100
）：用于采集系统数据；
redis
替代模块（
200
）：用于采用
redis
中间件平行替代
UDP
协议；容器化改造模块（
300
）：用于对
CopterSim
模型服务进行容器化改造；系统应用模块（
400
）：用于将经过
redis
替代和容器化改造后的模型服务应用于系统通信中
。2.
根据权利要求1所述的基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，其特征在于：所述
redis
替代模块（
200
）将组件间的通信由之间从发送方通过
UDP
协议发送给接收方，改变为先有发送方发送给
redis
中间件的特定消息队列，对应于
UDP
的协议端口概念，再由接收方从相同的消息队列接收
。3.
根据权利要求2所述的基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，其特征在于：所述发送方到
redis
中间件和
redis
中间件到接收方的通信都基于有连接的
TCP
协议完成
。4.
根据权利要求3所述的基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，其特征在于：所述
redis
中间件基于协议自适应切换算法进行特定消息队列与
UDP
的协议端口的自适应对应
。5.
根据权利要求4所述的基于
redis
完成内部通信的无人机仿真系统，其特征在于：所述协议自适应切换算法具体如下：根据影响
redis
替代模块（
200
）的特定消息队列的系统切换状态条件建立状态矩阵，处理配置的加权参数矩阵，将特定消息队列的状态量化为竞争因子，通过竞争因子的大小确定各特定消息队列的系统切换状态；定义关于离散时间的竞争因子函数如下：
;
其中，为协议在时刻的竞争因子，为影响通信的系统状态矩阵关于离散时间的函数，为各类状态的影响因子矩阵；影响特定消息队列的系统切换状态的状态矩阵如下：
;
其中，矩阵元素为特定消息队列的状态信息关于离散时间的抽象模型，为状态矩阵元素个数，
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雪峰，侯晨曦，
申请(专利权)人：北京卓翼智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：