[發明專利]一種飛行自組織網網絡拓撲確定方法及系統

有效

• 申請號: 202011617131.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112788699B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 田輝;王雯;崔雅娟;范紹帥;聶高峰
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 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: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 丁蕓;馬敬

本發明實施例提供了一種飛行自組織網網絡拓撲確定方法及系統，其中，所述方法考慮路由機制、安全約束條件通信約束條件和確定對飛行自組織網的網絡性能進行評估的度量函數，使用粒子群優化算法，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前位置進行優化，確定出飛行自組織網的初始網絡拓撲。這樣使得飛行自組織網的初始網絡拓撲無需受到預先給定飛行自組網初始網絡拓撲的約束，得到的飛行自組織網的初始網絡拓撲更符合實際飛行自組網需求，具有普適性和可行性。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是涉及一種飛行自組織網網絡拓撲確定方法及系統。

背景技術

飛行自組織網絡可以輕松快速地部署無人機來應對節點故障，在保障網絡拓撲穩定性和健壯性的同時實現網絡覆蓋范圍的擴大。這就要求飛行自組織網絡構建起良好的通信拓撲結構，確保每個執行任務的無人機和其相應任務指揮者所處的地面控制站之間建立起可靠的通信鏈路。由于任務無人機的移動性必須高度依賴于給定的任務，其移動模型多由任務目的與任務性質所確定，因而需要通過控制中繼無人機來實現飛行自組織網絡的動態網絡拓撲管理，提高網絡的整體性能。

一般任務無人機剛開始未執行任務時，并未組建出飛行自組網，各無人機散在空中，沒有形成飛行自組網的網絡拓撲。在需要任務無人機執行任務時，相關技術會預先給定飛行自組網初始網絡拓撲，按照預先給定飛行自組網初始網絡拓撲進行執行任務。但是，飛行自組網網絡性能高度依賴于預先給定的飛行自組網初始網絡拓撲，后續只能在飛行自組網初始網絡拓撲上進行調整。而，預先給定的飛行自組網初始網絡拓撲會不符合實際飛行自組網需求。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種飛行自組織網網絡拓撲確定方法及系統，用以飛行自組網初始網絡拓撲符合實際飛行自組網需求。具體技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種飛行自組織網網絡拓撲確定方法，所述方法包括：

獲取無人機系統中各節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點處于有效通信范圍內，所述通信約束條件為各節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的網絡性能進行評估的度量函數；其中，所述飛行自組網是根據所述無人機系統中各無人機的位置、數量以及任務，按照所述路由機制，對所述無人機系統中各無人機形成的；

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，構建飛行自組網網絡拓撲的優化問題；

基于所述中繼無人機的當前位置，和所述任務無人機的當前位置及無人機飛行數據，通過粒子群優化算法，求解所述飛行自組網網絡拓撲的優化問題，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前位置進行優化，確定出飛行自組織網的初始網絡拓撲。

第二方面，本發明實施例提供了飛行自組織網網絡拓撲確定系統，所述系統包括：

第一獲取模塊，用于獲取無人機系統中各節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點處于有效通信范圍內，所述通信約束條件為各節點的間距大于或等于最小安全距離；

第二獲取模塊，用于獲取各無人機，與各無人機相對應的地面控制站之間路由路徑的路由機制；

第一處理模塊，用于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的網絡性能進行評估的度量函數；其中，所述飛行自組網是根據所述無人機系統中各無人機的位置、數量以及任務，按照所述路由機制，對所述無人機系統中各無人機形成的；

構建模塊，用于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，構建飛行自組網網絡拓撲的優化問題；