一种无人机集群网络的拓扑控制方法技术

本发明专利技术提供一种无人机集群网络的拓扑控制方法，包括如下步骤：S1载入网络参数，其中网络参数包括感知目标信息、中心控制单元信息和无人机信息；S2建立无人机网络中每个无人机节点之间的通信链路，构建网络控制拓扑结构；S3基于网络控制拓扑结构和感知目标信息，选择感知无人机与中继无人机并执行相应的感知任务和中继传输任务；S4建立无人机网络与中心控制单元的传输链路，构建网络业务拓扑结构。本发明专利技术保证无人机集群网络高传输质量与网络生存时间，提高无人机集群网络的拓扑控制性能。提高无人机集群网络的拓扑控制性能。提高无人机集群网络的拓扑控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机集群网络的拓扑控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机网络拓扑控制
，特别是一种无人机集群网络的拓扑控制方法。

技术介绍

[0002]目前，在大区域多目标(工地、农田、渔场等)的感知传输场景中，使用无人机集群执行感知传输任务已经成为当前无人机系统的一个重要发展方向。现有技术中，无人机集群在执行任务的过程中，存在无人机集群无法保证整个无人机网络的感知范围，或者网络生存时间不足等技术问题。因此，提出一种能够保证无人机集群网络传输质量与网络生存时间的拓扑控制方法亟具需要。

技术实现思路

[0003]针对上述提出的现有技术中无人机集群执行感知任务过程中存在无法保证整个无人机网络的感知范围，或者网络生存时间不足的技术问题，本专利技术旨在提供一种无人机集群网络的拓扑控制方法。
[0004]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0005]本专利技术示出一种无人机集群网络的拓扑控制方法，包括如下步骤：
[0006]S1载入网络参数，其中网络参数包括感知目标信息、中心控制单元信息和无人机信息；
[0007]S2建立无人机网络中每个无人机节点之间的通信链路，构建网络控制拓扑结构；
[0008]S3基于网络控制拓扑结构和感知目标信息，选择感知无人机与中继无人机并执行相应的感知任务和中继传输任务；
[0009]S4建立无人机网络与中心控制单元的传输链路，构建网络业务拓扑结构。
[0010]一种实施方式中，该方法还包括如下步骤：
[0011]S5基于剩余能量保护机制更新网络控制拓扑结构和网络业务拓扑结构。
[0012]一种实施方式中，步骤S1具体包括；
[0013]感知目标信息包括区域中的K个固定感知目标k∈K＝{1,...,K}，其位置用二维坐标w
k
＝[x
k
,y
k
]T
表示；其中w
k
表示第k个感知目标的位置，x
k
、y
k
分别表示第k个感知目标的位置坐标；
[0014]中心控制单元信息包括中心控制单元的位置w0位于原点，用w0＝[x0,y0]T
表示；
[0015]无人机信息包括M个无人机，其平面位置用二维坐标q
m
＝[x
m
,y
m
]T
表示，其中q
m
表示第m个无人机的位置，x
m
、y
m
分别表示第m个无人机的位置坐标；无人机的飞行高度固定为H。
[0016]一种实施方式中，步骤S2包括：建立无人机网络中每个无人机节点的邻居列表，构建网络控制拓扑结构，具体包括：
[0017]S21无人机网络中每个无人机节点都周期性地以最大发射功率发送hello消息，其中hello消息包括无人机节点的ID号、无人机节点当前的平面位置坐标值q、无人机节点当
前剩余能量值E和初始能量值E0；
[0018]S22任意无人机节点j收到无人机节点i的hello消息后，无人机节点j向无人机节点i回复应答消息；其中无人机节点i的hello信息包括无人机节点i的ID号、无人机节点i当前的平面位置坐标值q
i
、无人机节点i当前剩余能量值E
i
和初始能量值E
0i
；无人机节点j回复的应答信息包括无人机节点j的hello信息包括无人机节点j的ID号、无人机节点j当前的平面位置坐标值q
j
、无人机节点j当前剩余能量值E
j
和初始能量值E
0j
；
[0019]S23无人机节点i与无人机节点j之间彼此完成hello消息的发送与应答后，建立双向链路，无人机节点i与无人机节点j相互将对方添加到自身的邻居列表中；
[0020]当所有无人机节点之间链路建立完成后，网络控制拓扑结构构建完成。
[0021]一种实施方式中，步骤S3具体包括：
[0022]S31无人机节点在每一个时刻选择距离当前位置最近的感知目标并向其移动，当无人机i移动到与感知目标之间的平面距离为0时，即d(w
k
,q
i
)＝0，该无人机i作为感知无人机开始执行对应感知目标的感知任务；
[0023]S32当无人机节点j附近没有感知目标或附近的感知目标均有感知无人机执行感知任务时，该无人机节点j作为中继无人机执行中继传输任务，此时无人机节点j向着中心控制单元方向进行移动或向着附近超出感知信息一跳传输范围的感知无人机进行移动。
[0024]一种实施方式中，步骤S4具体包括：
[0025]S41当感知无人机与中心控制单元之间的距离小于无人机节点本身的感知信息最大传输范围的时候，感知无人机直接将感知信息传输给中心控制单元；
[0026]S42当感知无人机与中心控制单元之间的距离大于无人机节点本身的感知信息最大传输范围的时候，感知无人机节点i选择传输范围内距离中心控制单元最近的中继无人机j作为目标无人机节点，将中继请求信息传输给中继无人机j后，中继无人机j将回复同意请求信息给感知无人机i，感知无人机i收到中继无人机的同意请求信息后，感知无人机i与中继无人机j之间建立感知信息传输链路，中继无人机j向着感知无人机与中心控制单元的中点移动，此时中继无人机j作为感知无人机i的中继传输无人机节点，协助将知无人机i的感知信息传输至中心控制单元；
[0027]S43当感知无人机与中心控制单元之间的距离大于无人机节点本身的感知信息最大传输范围，且其控制信令最大传输范围内没有空余中继无人机的时候，此时感知无人机放弃当前感知目标的感知任务向着中心控制单元移动；
[0028]S44当感知无人机与中心控制单元的链路建立完成后，网络业务拓扑构建完成，感知无人机开始进行感知信息的传输。
[0029]一种实施方式中，步骤S42中，每个中继无人机只能同时作为一个感知无人机的中继无人机节点，即当中继无人机j正在执行感知无人机i的中继传输任务时，中继无人机j对于其他感知无人机的请求信息会回复拒绝信息。
[0030]一种实施方式中，步骤S5具体包括：
[0031]S51获取无人机节点的剩余能量比η
i
，将无人机节点的剩余能量比η
i
与预设的第一门限值η
s
和第二门限值η
r
进行比较，其中η
s
＞η
r
；
[0032]S52当感知无人机i的剩余能量比η
i
小于η
s
的时候，该感知无人机i将放弃感知任务并离开感知位置，成为中继无人机节点，即对于任意无人机节点，只要其剩余能量比小于门
限值η
s
，就不能作为感知无人机；
[0033]S53当无人机的剩余能量比小于η
r
的时候，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机集群网络的拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1载入网络参数，其中网络参数包括感知目标信息、中心控制单元信息和无人机信息；S2建立无人机网络中每个无人机节点之间的通信链路，构建网络控制拓扑结构；S3基于网络控制拓扑结构和感知目标信息，选择感知无人机与中继无人机并执行相应的感知任务和中继传输任务；S4建立无人机网络与中心控制单元的传输链路，构建网络业务拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种无人机集群网络的拓扑控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：S5基于剩余能量保护机制更新网络控制拓扑结构和网络业务拓扑结构。3.根据权利要求1所述的一种无人机集群网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤S1具体包括；感知目标信息包括区域中的K个固定感知目标k∈K＝{1，...，K}，其位置用二维坐标w
k
＝[x
k
，y
k
]
T
表示；其中w
k
表示第k个感知目标的位置，x
k
、y
k
分别表示第k个感知目标的位置坐标；中心控制单元信息包括中心控制单元的位置w0位于原点，用w0＝[x0，y0]
T
表示；无人机信息包括M个无人机，其平面位置用二维坐标q
m
＝[x
m
，y
m
]
T
表示，其中q
m
表示第m个无人机的位置，x
m
、Y
m
分别表示第m个无人机的位置坐标；无人机的飞行高度固定为H。4.根据权利要求3所述的一种无人机集群网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤S2包括：建立无人机网络中每个无人机节点的邻居列表，构建网络控制拓扑结构，具体包括：S21无人机网络中每个无人机节点都周期性地以最大发射功率发送hello消息，其中hello消息包括无人机节点的ID号、无人机节点当前的平面位置坐标值q、无人机节点当前剩余能量值E和初始能量值E0；S22任意无人机节点j收到无人机节点i的hello消息后，无人机节点j向无人机节点i回复应答消息；其中无人机节点i的hello信息包括无人机节点i的ID号、无人机节点i当前的平面位置坐标值q
i
、无人机节点i当前剩余能量值E
i
和初始能量值E
0i
；无人机节点j回复的应答信息包括无人机节点j的hello信息包括无人机节点j的ID号、无人机节点j当前的平面位置坐标值q
j
、无人机节点j当前剩余能量值E
j
和初始能量值E
0j
；S23无人机节点i与无人机节点j之间彼此完成hello消息的发送与应答后，建立双向链路，无人机节点i与无人机节点j相互将对方添加到自身的邻居列表中；当所有无人机节点之间链路建立完成后，网络控制拓扑结构构建完成。5.根据权利要求4所述的一种无人机集群网络的拓扑控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括：S31无人机节点在每一个时刻选择距离当前位置最近的感知目标并向其移动，当无人机i移动到与感知目标之间的平面距离为0时，即d(w
k
，q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清海，马永杉，李静磊，沈八中，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：