[發明專利]一種適用于無人機群體的自適應數據分發方法

在審

• 申請號: 201811415532.6
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109510656A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 張博;武云龍;張彥祺;易曉東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W40/12;H04W40/22
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明涉及一種適用于無人機群體的自適應數據分發方法，屬于無人機技術領域。包括如下步驟：步驟I：當監聽到目的無人機發送的請求信號時評估從源無人機到目的無人機的等效信道質量；步驟II:設置定時器時間與輸出的等效信道質量成反比，并啟動定時器；當定時器耗盡時；判斷是否接收到標志信號，若是跳步驟IV，否則跳步驟III；步驟III、給所有無人機發送標志信號并將最優中繼搶占指令發給數據發送模塊，再進入信道監聽模式；步驟IC、復位定時器，并退出中繼選擇；判斷無人機后續位置變化是否超過門限，如果沒有超過門限，等待，若超過門限，跳入步驟II。所述方確保可靠數據分發，達到負載和收斂速度的最優權衡。

技術領域

本發明涉及一種適用于無人機群體的自適應數據分發方法，屬于無人機技術領域。

背景技術

無人機群體在協作過程中會遇到很多方面的問題，其中，通信受限的網絡環境會顯著影響多架無人機的協調行動能力。延遲，同步，可靠性等問題將極大地影響到分布式群體算法的性能。在多無人機系統中，網絡通信的主體是移動的無人機，所以無人機之間采用無線通信技術進行連通。相比于穩定可靠的有線網絡，無線網絡存在不少問題，主要是可靠性較差和延遲較高。在單無人機系統中，除了基站和人造衛星用于通信，也可以在無人機和機載控制系統之間建立一條數據分發鏈路。但是不管在上述哪種情況下，無人機與通信基礎設施之間建立的都是點對點數據分發。然而隨著無人機群體中無人機數量的增加，設計一個高效的數據分發成為至關重要的問題。

一種多無人機系統通信問題的方案是在無人機之間建立一個移動自組織網絡。雖然只有部分無人機可以與基站和人造衛星進行通信，但是所有的無人機組成了一個專用網絡。由于自組織網絡是基于無人機到無人機的數據分發鏈路，而不是無人機到通信基礎設施的數據鏈路，因此它可以擴大操作的覆蓋范圍。即使自組織網絡中的一個無人機無法與通信基礎設施建立通信鏈路，但它仍然可以通過與其它無人機進行通信來操作。通過這種方式，無人機與基地之間實現了通信，無人機彼此之間也實現了互相通信。

無人機群體中，每個無人機都有自己本身的數據，這些數據可以是無人機自身的狀態信息，也可以是和任務相關的信息。為了在整個群體內共享這些數據，從而進行各種協作，無人機之間需要不斷地進行數據交換直至每個無人機最終都能獲得所有無人機本身的數據。在由多個小型無人機組成的多無人機系統中，很多無人機的協作行為比如編隊、基于無人機位置的搜索區域分配和匯合點的確定、基于無人機剩余能源的降落優先次序確定等，都需要在整個群體范圍內共享態勢感知。

針對多無人機系統共享態勢感知的通信需求，雖然已經有一些特定的自組織網絡，用來給通信提供一定程度的保障，但是仍然不能完全解決多無人機通信面臨的延遲和可靠性等問題。由于小型無人機在通信設施開銷方面的限制，一般使用不可靠的廣播以及低成本的、常用于小型無人機的機載傳感器來進行信息傳遞。在動態拓撲變化以及無人機動態加入和退出群體情況下，基于不可靠廣播的傳統數據分發方法在可靠性和延遲性能上往往得不到保證。

發明內容

本發明的目的在于針對現有數據分發方法在多無人機通信時難以平衡延遲和可靠性的技術問題，提出了一種適用于無人機群體的自適應數據分發方法，該方法能夠根據無人機群體的拓撲動態變化條件，動態地調整各個無人機參與數據分發的行為，從而保證數據可靠分發到群體中的每架無人機。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：將特定數據分發到整個群體，源節點無人機將其它獲得了該數據的無人機作為通信中繼，并根據最大接收信噪比原則，分布式地選擇最優中繼無人機進行轉發，直到群體內每架無人機都獲得了該數據；且基于最優中繼無人機轉發的機制可以大幅減小轉發次數，從而獲得較優的延遲性能。

所述分發方法所依托的系統包括：

數據發送模塊、分布式中繼選擇模塊、信道質量評估模塊以及無人機行動控制模塊；

所述系統中各模塊的連接關系為：