一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法，包括网络搜索、入网阶段、建链阶段、通信阶段、拆链阶段、退网阶段等步骤。网络搜索用于获取待接入网络信息，此时设备为受限单收状态；入网流程具备身份认证功能，入网成功的地面设备进入不受限单收状态；实现了基于优先级的建链过程，建链成功的设备进入收发状态；通信阶段满足组网节点间的数据传输需求；通过拆链过程实现通信资源的回收，此时设备重新进入不受限单收状态；实现了退网过程以回收网络资源。该方法为地面通信节点与空中无人机平台之间的互连、互通提供通信支撑，在地空组网等应用领域具有重要意义。空组网等应用领域具有重要意义。空组网等应用领域具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法，该方法为地面通信节点与空中无人机平台大规模网络的互连、互通提供通信支撑，在地空组网等应用领域具有重要意义。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的蓬勃发展，无人机目前已广泛应用于农业、巡检、安防、救援等多个领域。现阶段运用最广泛的是用单架无人机的执行任务，由于这种方式是单机作业，如果任务的作业面积比较大，无人机需要多次往返，甚至多次转场才能完全覆盖任务区域，耗时较长、效率还是相对比较低。此外，有些地方受制于地形因素限制无人机和地面控制站的通信等诸方面的限制，无人机还无法到达作业区域，影响任务展开区域。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为多个地面通信节点、空中无人平台之间的互连、互通提供通信支撑，提出一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法。
[0004]本专利技术所采取的技术方案为：
[0005]一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，网络搜索：空中通信设备定期广播网络配置信息和空中无人机平台的位置姿态信息；地面通信设备搜索不同方位和频道上的可用网络并上报给用户计算机，由用户选择需要接入的网络；选取接入网路后，地面通信设备进入受限单收状态，仅接收必要的网络状态信息；
[0007]步骤2，入网阶段：地面通信设备选择以普通节点或管理节点身份进行入网申请；空中通信设备依据网络规模、身份认证条件判断是否允许该地面通信设备入网，入网通过后通知所有地面通信设备；入网成功的地面通信设备进入不受限单收状态，能够接收到全部网络信息，但不具备数据发送能力；
[0008]步骤3，建链阶段：有数据发送需求时，地面通信设备根据所需通信资源进行建链申请；空中通信设备依据优先级、通信资源占用情况的条件判断是否允许该设备建链，建链成功后通知所有地面通信设备；建链成功的地面通信设备进入收发状态，同时具备数据接收和发送的能力；
[0009]步骤4，通信阶段：包括广播机上设备数据和转发地面设备数据两种工作模式，传输的内容包括：图片、视频、话音、文件、文字；
[0010]步骤5，拆链阶段：通信完成后，地面通信设备发起拆链申请；空中通信设备回收相应通信资源；地面通信设备重新进入不受限单收状态；
[0011]步骤6，退网阶段：任务执行完毕，地面通信设备发起退网申请；空中通信设备回收入网用户资源；地面通信设备重新进入受限单收状态。
[0012]进一步地，步骤1具体包括以下步骤：
[0013](1.1)空中通信设备开机，周期性广播网络配置信息和空中平台的位置姿态信息；
[0014]网络配置信息包括已入网用户数量、空中通信设备地址、空中通信设备上下行工作频道；通过网络配置信息，地面通信设备获取空中通信设备和对应网络的概要情况；
[0015]空中平台的位置姿态信息包括经度、维度、高度等。通过位置姿态信息，地面通信设备获取空中平台的当前位置，进而实现定向天线的对准和跟踪；
[0016](1.2)地面通信设备开机，用户计算机发送启动网络搜索指令；
[0017](1.3)地面通信设备遍历所有工作频点和定向天线指向，逐个搜索不同方位和频道上的可用网络，并将当前区域内搜索到的可用网络信息上报给用户计算机；
[0018](1.4)用户计算机选择一个希望加入的网络并通知地面通信设备；
[0019](1.5)地面通信设备调整工作频道和天线指向，只接收选定网络的配置信息并准备入网；
[0020](1.6)地面通信设备网络搜索结束，转至未入网状态。
[0021]进一步地，步骤2具体包括以下步骤：
[0022](2.1)地面通信设备选择以普通节点或管理节点身份进行入网申请；
[0023]普通节点仅能对本地设备进行管理；管理节点具备本地设备管理、空中通信设备管理和组网网络管理的能力；一个组网网络只有一个管理节点；
[0024](2.2)空中通信设备接收并处理入网申请；
[0025](2.2.1)空中通信设备接收地面发送的入网申请；
[0026](2.2.2)查询发送入网申请的地面通信设备是否已在网内；若已在网内，执行(2.2.3)；若未在网内，执行(2.2.4)；
[0027](2.2.3)已经是管理节点重复申请普通节点或已经是普通节点重复申请管理节点则保持该节点的现有属性，并拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；
[0028](2.2.4)判断身份认证功能是否使能；若已使能，执行(2.2.5)；若未使能，执行(2.2.6)；
[0029](2.2.5)查询地面通信设备是否在白名单；若在白名单，执行(2.2.6)；若未在白名单，拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；
[0030](2.2.6)查询入网用户数量是否已经达到上限；若已到上限，拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；若未到上限，执行(2.2.7)；
[0031](2.2.7)判断是否申请成为管理节点；若申请成为管理节点，执行(2.2.8)；若申请成为普通节点，允许该地面通信设备入网，执行(2.3)；
[0032](2.2.8)判断管理节点是否已存在；若已存在，拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；若未存在，允许该地面通信设备入网并设置为管理节点，执行(2.3)；
[0033](2.3)空中通信设备生成并发送入网应答和入网用户表；
[0034](2.4)地面通信设备接收并处理入网应答和入网用户表；
[0035](2.4.1)对于入网应答，地面通信设备不做处理发送至用户计算机；用户计算机根据入网应答中的指令码和错误码，判断入网结果和拒绝入网的原因；
[0036](2.4.2)对于入网用户表，地面通信设备查询本地面通信设备地址是否在该表中，若在表内，地面通信设备转至已入网状态。
[0037]进一步地，步骤3具体包括以下步骤：
[0038](3.1)地面通信设备发起建链申请，其中包含申请的带宽、优先级信息；
[0039](3.2)空中通信设备接收并处理建链申请；
[0040](3.2.1)空中通信设备接收地面发送的建链申请；
[0041](3.2.2)查询建链申请设备是否已入网；若已入网，执行(3.2.3)；若未入网，拒绝该建链申请，执行(3.3)；
[0042](3.2.3)查询建链申请设备是否已经建立了链路；若已建链，执行(3.2.4)；若未建链，执行(3.2.5)；
[0043](3.2.4)判断新建链申请所需资源是否与该设备已占用的链路资源一致；若一致，允许该地面通信设备建链，执行(3.3)；若不一致，执行(3.2.5)；
[0044](3.2.5)查询通信资源是否满足建链申请所需资源；若满足，允许该地面通信设备建链并分配相应资源，执行(3.3)；若不满足，执行(3.2.6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，网络搜索：空中通信设备定期广播网络配置信息和空中无人机平台的位置姿态信息；地面通信设备搜索不同方位和频道上的可用网络并上报给用户计算机，由用户选择需要接入的网络；选取接入网路后，地面通信设备进入受限单收状态，仅接收必要的网络状态信息；步骤2，入网阶段：地面通信设备选择以普通节点或管理节点身份进行入网申请；空中通信设备依据网络规模、身份认证条件判断是否允许该地面通信设备入网，入网通过后通知所有地面通信设备；入网成功的地面通信设备进入不受限单收状态，能够接收到全部网络信息，但不具备数据发送能力；步骤3，建链阶段：有数据发送需求时，地面通信设备根据所需通信资源进行建链申请；空中通信设备依据优先级、通信资源占用情况的条件判断是否允许该设备建链，建链成功后通知所有地面通信设备；建链成功的地面通信设备进入收发状态，同时具备数据接收和发送的能力；步骤4，通信阶段：包括广播机上设备数据和转发地面设备数据两种工作模式，传输的内容包括：图片、视频、话音、文件、文字；步骤5，拆链阶段：通信完成后，地面通信设备发起拆链申请；空中通信设备回收相应通信资源；地面通信设备重新进入不受限单收状态；步骤6，退网阶段：任务执行完毕，地面通信设备发起退网申请；空中通信设备回收入网用户资源；地面通信设备重新进入受限单收状态。2.如权利要求1所述的一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：(1.1)空中通信设备开机，周期性广播网络配置信息和空中平台的位置姿态信息；网络配置信息包括已入网用户数量、空中通信设备地址、空中通信设备上下行工作频道；通过网络配置信息，地面通信设备获取空中通信设备和对应网络的概要情况；空中平台的位置姿态信息包括经度、维度、高度等。通过位置姿态信息，地面通信设备获取空中平台的当前位置，进而实现定向天线的对准和跟踪；(1.2)地面通信设备开机，用户计算机发送启动网络搜索指令；(1.3)地面通信设备遍历所有工作频点和定向天线指向，逐个搜索不同方位和频道上的可用网络，并将当前区域内搜索到的可用网络信息上报给用户计算机；(1.4)用户计算机选择一个希望加入的网络并通知地面通信设备；(1.5)地面通信设备调整工作频道和天线指向，只接收选定网络的配置信息并准备入网；(1.6)地面通信设备网络搜索结束，转至未入网状态。3.如权利要求1所述的一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：(2.1)地面通信设备选择以普通节点或管理节点身份进行入网申请；普通节点仅能对本地设备进行管理；管理节点具备本地设备管理、空中通信设备管理和组网网络管理的能力；一个组网网络只有一个管理节点；(2.2)空中通信设备接收并处理入网申请；
(2.2.1)空中通信设备接收地面发送的入网申请；(2.2.2)查询发送入网申请的地面通信设备是否已在网内；若已在网内，执行(2.2.3)；若未在网内，执行(2.2.4)；(2.2.3)已经是管理节点重复申请普通节点或已经是普通节点重复申请管理节点则保持该节点的现有属性，并拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；(2.2.4)判断身份认证功能是否使能；若已使能，执行(2.2.5)；若未使能，执行(2.2.6)；(2.2.5)查询地面通信设备是否在白名单；若在白名单，执行(2.2.6)；若未在白名单，拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；(2.2.6)查询入网用户数量是否已经达到上限；若已到上限，拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；若未到上限，执行(2.2.7)；(2.2.7)判断是否申请成为管理节点；若申请成为管理节点，执行(2.2.8)；若申请成为普通节点，允许该地面通信设备入网，执行(2.3)；(2.2.8)判断管理节点是否已存在；若已存在，拒绝该地面通信设备入网，执行(2.3)；若未存在，允许该地面通信设备入网并设置为管理节点，执行(2.3)；(2.3)空中通信设备生成并发送入网应答和入网用户表；(2.4)地面通信设备接收并处理入网应答和入网用户表；(2.4.1)对于入网应答，地面通信设备不做处理发送至用户计算机；用户计算机根据入网应答中的指令码和错误码，判断入网结果和拒绝入网的原因；(2.4.2)对于入网用户表，地面通信设备查询本地面通信设备地址是否在该表中，若在表内，地面通信设备转至已入网状态。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱良彬，霍彦奇，苏志凯，马鹏飞，谢海瑶，杨健，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：