本技術(shù)涉及無(wú)人機(jī)的，具體涉及一種無(wú)人機(jī)分層多子群自組網(wǎng)的方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、無(wú)人機(jī)集群技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。這些應(yīng)用不僅提高了任務(wù)效率，還顯著增強(qiáng)了任務(wù)的靈活性和可靠性。

2、目前，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)集群的有效通信，常見(jiàn)的技術(shù)手段主要包括集中式管理和分布式管理兩種模式。集中式管理通常依賴于中心節(jié)點(diǎn)來(lái)調(diào)度整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源，通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一控制各個(gè)無(wú)人機(jī)的通信和任務(wù)分配。而分布式管理則通過(guò)每個(gè)無(wú)人機(jī)自主決策，利用局部信息進(jìn)行協(xié)同工作。對(duì)于大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群而言，現(xiàn)有的通信和網(wǎng)絡(luò)管理方法往往難以應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)頻繁加入和退出、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化等問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性較低。

3、因此，如何提高無(wú)人機(jī)集群在網(wǎng)絡(luò)覆蓋和通信穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)，成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種無(wú)人機(jī)分層多子群自組網(wǎng)的方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，提升了無(wú)人機(jī)族群網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性，以及增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的連通性和穩(wěn)定性。

2、在本技術(shù)的第一方面提供了一種無(wú)人機(jī)分層多子群自組網(wǎng)的方法，應(yīng)用于無(wú)人機(jī)族群，所述無(wú)人機(jī)族群包括多個(gè)無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)和中繼平臺(tái)，所述方法包括：

3、響應(yīng)于無(wú)人機(jī)族群中的無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)開(kāi)機(jī)，通過(guò)分布式競(jìng)爭(zhēng)的方式廣播信標(biāo)幀，以獲取唯一的身份標(biāo)識(shí)符，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置和通信能力構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)；

4、根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量生成當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀，并通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)廣播同步幀的方式，選舉出所述當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀的管理節(jié)點(diǎn)；

5、通過(guò)所述管理節(jié)點(diǎn)接收第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在預(yù)留的請(qǐng)求時(shí)隙內(nèi)發(fā)送的請(qǐng)求幀，根據(jù)所述請(qǐng)求幀分配數(shù)據(jù)時(shí)隙，以使得所述第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在分配到的數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)按照優(yōu)先級(jí)順序發(fā)送數(shù)據(jù)分組，所述第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除所述管理節(jié)點(diǎn)之外的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

6、根據(jù)無(wú)人機(jī)族群中節(jié)點(diǎn)的位置和中繼平臺(tái)的波束覆蓋范圍確定是否存在第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)超出波束覆蓋范圍，當(dāng)存在第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)超出波束覆蓋范圍，通過(guò)波束邊緣的節(jié)點(diǎn)保持所述第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與中繼平臺(tái)的兩跳連接。

7、可選的，所述通過(guò)分布式競(jìng)爭(zhēng)的方式廣播信標(biāo)幀，以獲取唯一的身份標(biāo)識(shí)符，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置和通信能力構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)包括：

8、當(dāng)?shù)谌繕?biāo)節(jié)點(diǎn)開(kāi)機(jī)時(shí)，在預(yù)設(shè)的監(jiān)聽(tīng)時(shí)段內(nèi)監(jiān)聽(tīng)信道中的信標(biāo)幀；

9、當(dāng)監(jiān)聽(tīng)到第一其他節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀時(shí)，則根據(jù)接收到的信標(biāo)幀強(qiáng)度判斷所述第三目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與所述第一其他節(jié)點(diǎn)的相對(duì)距離，并根據(jù)預(yù)設(shè)退避策略進(jìn)行隨機(jī)退避后，再次廣播所述第三目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，所述第一其他節(jié)點(diǎn)為除所述第三目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之外的節(jié)點(diǎn)；

10、當(dāng)未監(jiān)聽(tīng)到其他節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀時(shí)，直接廣播所述第三目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，并設(shè)置所述第三目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)符；

11、根據(jù)成功廣播信標(biāo)幀的節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置和通信能力，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

12、可選的，所述通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)廣播同步幀的方式，選舉出所述當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀的管理節(jié)點(diǎn)包括：

13、在所述當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀的同步時(shí)隙內(nèi)，根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)窗口確定時(shí)間范圍，每個(gè)節(jié)點(diǎn)從所述時(shí)間范圍內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)退避時(shí)間進(jìn)行退避；

14、在退避時(shí)間結(jié)束后，第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢查信道狀態(tài)，當(dāng)信道空閑時(shí)，向所述網(wǎng)絡(luò)中第二其他節(jié)點(diǎn)廣播同步幀，所述同步幀包含所述第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)符和當(dāng)前時(shí)間信息，所述第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為所述網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述第二其他節(jié)點(diǎn)為除所述第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之外的節(jié)點(diǎn)；

15、根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信能力、剩余能量以及在所述網(wǎng)絡(luò)中的位置從所有廣播了同步幀的第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選舉出管理節(jié)點(diǎn)。

16、可選的，所述根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信能力、剩余能量以及在所述網(wǎng)絡(luò)中的位置從所有廣播了同步幀的第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選舉出管理節(jié)點(diǎn)包括：

17、根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信能力、剩余能量以及在所述網(wǎng)絡(luò)中的位置對(duì)所有廣播了同步幀的第四目標(biāo)節(jié)點(diǎn)計(jì)算權(quán)重值；

18、在所述網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)交換權(quán)重值信息，形成全局權(quán)重值列表；

19、根據(jù)所述全局權(quán)重值列表，采用多數(shù)投票或加權(quán)投票的方式選舉出權(quán)重值最高的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀的管理節(jié)點(diǎn)。

20、可選的，所述方法還包括，當(dāng)存在第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)超出中繼平臺(tái)的波束覆蓋范圍時(shí)，通過(guò)頻分中繼方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，具體包括：

21、確定所述第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的簇內(nèi)子網(wǎng)以及目標(biāo)中繼平臺(tái)；

22、在所述簇內(nèi)子網(wǎng)內(nèi)，由簇頭子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接收所述第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)分組；

23、通過(guò)所述簇頭子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在目標(biāo)頻率上將所述數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給所述目標(biāo)中繼平臺(tái)，所述目標(biāo)頻率為與所述簇內(nèi)子網(wǎng)通信頻率不同的頻率；

24、所述目標(biāo)中繼平臺(tái)在接收到數(shù)據(jù)分組后，根據(jù)所述數(shù)據(jù)分組的目的地址，選擇相應(yīng)的簇內(nèi)子網(wǎng)或直接發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

25、可選的，所述根據(jù)所述請(qǐng)求幀分配數(shù)據(jù)時(shí)隙包括：

26、解析所述請(qǐng)求幀以獲取所述第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)符和待發(fā)送數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括優(yōu)先級(jí)、大小以及數(shù)量；

27、根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的負(fù)載情況、各節(jié)點(diǎn)的通信需求以及所述數(shù)據(jù)信息為第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分配數(shù)據(jù)時(shí)隙；

28、根據(jù)所述數(shù)據(jù)時(shí)隙生成數(shù)據(jù)時(shí)隙分配幀，并將所述數(shù)據(jù)時(shí)隙分配幀廣播給所述網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)時(shí)隙分配幀包括所述第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)符、所述數(shù)據(jù)時(shí)隙的編號(hào)、所述數(shù)據(jù)時(shí)隙的長(zhǎng)度以及所述數(shù)據(jù)時(shí)隙的優(yōu)先級(jí)。

29、可選的，所述方法還包括：

30、根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置、速度和運(yùn)動(dòng)軌跡，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)子群的劃分和簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇；

31、根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信能力和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制編碼方式；

32、根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量和無(wú)線通信環(huán)境，調(diào)整發(fā)射功率和天線配置。

33、在本技術(shù)的第二方面提供了一種無(wú)人機(jī)分層多子群自組網(wǎng)的系統(tǒng)，包括構(gòu)建模塊、選舉模塊、執(zhí)行模塊以及通信模塊，其中：

34、構(gòu)建模塊，配置用于響應(yīng)于無(wú)人機(jī)族群中的無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)開(kāi)機(jī)，通過(guò)分布式競(jìng)爭(zhēng)的方式廣播信標(biāo)幀，以獲取唯一的身份標(biāo)識(shí)符，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置和通信能力構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)；

35、選舉模塊，配置用于根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量生成當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀，并通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)廣播同步幀的方式，選舉出所述當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀的管理節(jié)點(diǎn)；

36、執(zhí)行模塊，配置用于通過(guò)所述管理節(jié)點(diǎn)接收第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在預(yù)留的請(qǐng)求時(shí)隙內(nèi)發(fā)送的請(qǐng)求幀，根據(jù)所述請(qǐng)求幀分配數(shù)據(jù)時(shí)隙，以使得所述第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在分配到的數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)按照優(yōu)先級(jí)順序發(fā)送數(shù)據(jù)分組，所述第一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除所述管理節(jié)點(diǎn)之外的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

37、通信模塊，配置用于根據(jù)無(wú)人機(jī)族群中節(jié)點(diǎn)的位置和中繼平臺(tái)的波束覆蓋范圍確定是否存在第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)超出波束覆蓋范圍，當(dāng)存在第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)超出波束覆蓋范圍，通過(guò)波束邊緣的節(jié)點(diǎn)保持所述第二目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與中繼平臺(tái)的兩跳連接。

38、在本技術(shù)的第三方面提供了一種電子設(shè)備，包括處理器、存儲(chǔ)器、用戶接口以及網(wǎng)絡(luò)接口，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)指令，所述用戶接口和所述網(wǎng)絡(luò)接口均用于與其他設(shè)備通信，所述處理器用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的指令，以使所述電子設(shè)備執(zhí)行如上述任意一項(xiàng)所述的方法。

39、在本技術(shù)的第四方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有指令，當(dāng)所述指令被執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行如上述任意一項(xiàng)所述的方法。

40、綜上所述，本技術(shù)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

41、1、通過(guò)分布式競(jìng)爭(zhēng)的方式廣播信標(biāo)幀，無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)可以在開(kāi)機(jī)后迅速獲取唯一的身份標(biāo)識(shí)符，這種方式避免了身份沖突，確保了網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的唯一性，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)通信提供了基礎(chǔ)；

42、2、根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置和通信能力構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量生成當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)幀。通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)廣播同步幀的方式選舉出管理節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)構(gòu)建和自適應(yīng)調(diào)整，這種方式提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。

43、3、管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收其他節(jié)點(diǎn)在預(yù)留的請(qǐng)求時(shí)隙內(nèi)發(fā)送的請(qǐng)求幀，并根據(jù)請(qǐng)求幀分配數(shù)據(jù)時(shí)隙，這確保了數(shù)據(jù)可以按照優(yōu)先級(jí)順序發(fā)送，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃?，同時(shí)，這種方式也減少了網(wǎng)絡(luò)中的沖突和擁塞。

44、4、根據(jù)無(wú)人機(jī)族群中節(jié)點(diǎn)的位置和中繼平臺(tái)的波束覆蓋范圍，確定是否存在超出波束覆蓋范圍的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于超出波束覆蓋范圍的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)波束邊緣的節(jié)點(diǎn)保持其與中繼平臺(tái)的兩跳連接，這種方式擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的連通性和穩(wěn)定性。

45、5、通過(guò)分布式競(jìng)爭(zhēng)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、高效數(shù)據(jù)傳輸、中繼平臺(tái)波束覆蓋范圍的優(yōu)化利用等手段，提升了無(wú)人機(jī)族群的整體網(wǎng)絡(luò)性能。這包括提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性，以及增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的連通性和穩(wěn)定性。