[發(fā)明專利]一種飛行自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲確定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011617131.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112788699B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田輝;王雯;崔雅娟;范紹帥;聶高峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/20;H04W4/40;H04W40/22;H04W84/18;G06N3/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 丁蕓;馬敬

1.一種飛行自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲確定方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取無人機系統(tǒng)中各節(jié)點端到端之間的安全約束條件和通信約束條件；所述安全約束條件為每個路由路徑中各節(jié)點處于有效通信范圍內(nèi)，所述通信約束條件為各節(jié)點的間距大于或等于最小安全距離；

獲取各無人機，與各無人機相對應(yīng)的地面控制站之間路由路徑的路由機制；

基于所述路由機制中所有路由路徑的鏈路之間的最長鏈路距離，確定對飛行自組織網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能進行評估的度量函數(shù)；其中，所述飛行自組網(wǎng)是根據(jù)所述無人機系統(tǒng)中各無人機的位置、數(shù)量以及任務(wù)，按照所述路由機制，對所述無人機系統(tǒng)中各無人機形成的；

所述基于所述路由機制中所有路由路徑的鏈路之間的最長鏈路距離，確定對飛行自組織網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能進行評估的度量函數(shù)包括：

基于所述路由機制中所有路由路徑的鏈路之間的最長鏈路距離，采用如下度量函數(shù)的表達式：

確定對飛行自組織網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能進行評估的度量函數(shù)；

其中，f為度量函數(shù)，x_G為地面控制站的三維位置表示，G為地面控制站的節(jié)點集合，x_M為任務(wù)無人機的三維位置表示，M為任務(wù)無人機的節(jié)點集合，x_R為中繼無人機的三維位置表示，R為中繼無人機的節(jié)點集合，ρ為各任務(wù)無人機與各任務(wù)無人機對應(yīng)的地面控制站之間的路由路徑，k為任務(wù)無人機與地面控制站之間的路由路徑的節(jié)點序號，k的取值范圍為正整數(shù)，為一組有序節(jié)點的集合，表示第k個任務(wù)無人機m_k和任務(wù)無人機m_k相對應(yīng)地面控制站g^(m)之間的路由路徑，m為任務(wù)無人機，一組有序節(jié)點由各無人機與地面控制站組成，在集合中，路由路徑中的第k個元素表示為且集合中第一個元素必須為m_k，最后一個元素必須為其余元素為中繼無人機，表示為其中為任務(wù)無人機m_k和地面控制站之間的路由路徑的第q個節(jié)點，為任務(wù)無人機m_k和地面控制站之間的路由路徑的第q+1個節(jié)點，|.|為集合的基數(shù)，δ為節(jié)點間的幾何距離，α表示鏈接距離影響所述任務(wù)無人機m_k與所述地面控制站g^(m)通信質(zhì)量的程度；

通過所述安全約束條件、所述通信約束條件和性能度量函數(shù)，構(gòu)建飛行自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲的優(yōu)化問題；

基于所述中繼無人機的當(dāng)前位置，和所述任務(wù)無人機的當(dāng)前位置及無人機飛行數(shù)據(jù)，通過粒子群優(yōu)化算法，求解所述飛行自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲的優(yōu)化問題，得到所述中繼無人機的初始最佳部署位置，以完成對所述中繼無人機的當(dāng)前位置進行優(yōu)化，確定出飛行自組織網(wǎng)的初始網(wǎng)絡(luò)拓撲。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取各無人機，與各無人機相對應(yīng)的地面控制站之間路由路徑的路由機制，包括：

獲取各無人機以及地面控制站的當(dāng)前位置，采用如下協(xié)議表達式，獲取各無人機，與各無人機相對應(yīng)的地面控制站之間路由路徑的路由機制；其中，所述協(xié)議表達式為：

其中，ρ為任務(wù)無人機與所述任務(wù)無人機相對應(yīng)地面控制站之間的路由路徑，{.}為節(jié)點集合，x_G為地面控制站的三維位置表示，G為地面控制站的節(jié)點集合，x_M為任務(wù)無人機的三維位置表示，M為任務(wù)無人機的節(jié)點集合，x_R為中繼無人機的三維位置表示，R為中繼無人機的節(jié)點集合，為映射關(guān)系的符號表示，為一組有序節(jié)點的集合，表示第k個任務(wù)無人機m_k和任務(wù)無人機m_k相對應(yīng)地面控制站g^(m)之間的路由路徑，k為任務(wù)無人機與地面控制站之間的路由路徑的節(jié)點序號，為任務(wù)無人機，一組有序節(jié)點由各無人機與地面控制站組成，在集合中，路由路徑中的第k個元素表示為k的取值范圍為正整數(shù)，且集合中第一個元素必須為m_k，最后一個元素必須為其余元素為中繼無人機，表示為其中|.|為集合的基數(shù)。