CN101651992B - 一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，该数据链系统提供在高动态环境下信息的高速高更新率共享。首先设计数据链网络平面结构，然后定义节点的信息帧，接着进行初始组网和节点加入，执行单节点初始入网或多个节点初始入网，最后节点入网后收发数据。本发明基于常见单信道无线数传电台，实现了数据链自主组网和信息收发的全部功能。组网方法可让多个节点在运动过程中自主加入网络并完成数据的发送与接收；数据链具备较好的容错能力，节点可自主离队而不影响网络的正常运行；解决了单信道条件下节点入网碰撞，提高了多节点快速入网的能力，使得数据链在短时间内即可稳定运行。

Description

一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法。

背景技术

数据链系统定义为在各个用户之间依据共同的通信协议，使用自动化的无线电收发设备传递、交换负载数据信息的通信链路与网络。依据定义，系统应由各类无线电收发设备和用户之间共同遵守的通信协议组成。

无人飞行器编队飞行通过数据链共享各飞行器的位置、姿态、决策等信息，因此该数据链系统需要在高动态条件下完成信息的高速高更新率共享。通过对技术现状的研究和分析，目前的数据链系统存在如下问题：

1.动态组网能力不足

自主性和动态性是无人飞行器编队数据链系统的基本属性。对于网络的自主能力，要求提出相应的分布式算法，以快速建立动态网络，确定各节点在网络中的地位。由于网络的动态性，因其拓扑结构将不断变化，因此组网方法要适应这种变化，对拓扑结构不敏感。

2.节点离入队管理能力不足

无人飞行器编队飞行过程中，时刻存在网络的分群与融合。在实际飞行环境中因为距离和环境干扰等因素造成的网络局部中断，形成多个节点脱离网络的现象，即离队问题。另一方面，多个节点也能依据通信协议进行融合，采取加入大网的方式，融合一个更大网络，即入队问题。现有数据链未能考虑网络结构的这种特殊运行方式，因而节点的离队与入队响应时间长，并且很难实现系统稳定和可靠的运行。

3.数据链可靠性不足

对于无人飞行器编队数据链，需考虑当网络中节点失效后网络的鲁棒容错运行能力。数据链可靠性要求网络协议设计在网络面临突发事件时具备容错能力。突发事件包括网络中节点的丢失，拓扑结构的变化，链路丢失，同步丢失等网络部分功能暂时失效时能迅速恢复，不会引起网络的崩溃。进一步对可靠性的要求是在各种恶劣电磁环境下，造成网络无法正常工作时，如关键网络中节点丢失、大部分功能丧失后，仍然能够维持网络的存在。

发明内容

本发明的目的是设计一个工作在复杂环境下的数据链系统，根据无人飞行器编队飞行的背景需求，提出了该数据链组网及其技术解决思路和方案设计方法。

数据链网络是一个复杂的通信系统，涉及到诸多的通信过程和控制过程，因此需要一整套完备的协议来规范这些过程，使数据链系统在保证互联互通的基础上更加稳健和高效。体系设计就是为了明确各协议的具体职能以及相互间联系，并对其接口进行定义。

在一个完整的数据链网络平面结构中，存在着工作于不同模式的网络中节点以及它们间的交互接口。按照各节点的功能，将网络内的节点分为三类：普通节点、管理节点和中继节点；在这三类节点中，共存在两类接口：第一接口和第二接口，其中第一接口为数据接口，第二接口为信令接口。

第一普通节点与第n普通节点之间的交互接口为第一接口，其中网络中普通节点的总数为N，n＝2，3，4，…N-1，N。由于普通节点间只进行数据通信，因此只定义了数据接口，而无信令接口。

第一普通节点与第一管理节点之间的交互接口为第一接口和第二接口。第一普通节点与第一管理节点不但需要完成数据通信，且第一普通节点需要接受来自第一管理节点的命令，而第一管理节点需要接受普通节点的业务申请，因此除了数据接口外，还需要信令接口。

第n普通节点和中继节点之间的交互接口是第一接口。数据接口完成数据中继的功能，信令接口为第n普通接口模块与中继接口模块达成中继服务所提供管理信令。

第一管理节点和中继节点之间，相邻网络之间的第一管理节点与第二管理节点之间的交互接口为第一接口和第二接口，存在数据接口和信令接口。

设计完数据链网络平面结构后，从纵向将网络分为四个层次，分别为应用层、链路层、媒体访问控制层以及物理层。

四个层次分别完成各自的任务，同时下层为上层提供服务。四个层次的主要功能如下：

应用层：由用户定义。其主要功能为将链路层提交的数据进行处理，获取有用的信息，并根据这些信息完成相应的操作或将获取的数据下发到链路层。

链路层：将应用层传递的数据格式化为标准报文结构或将报文翻译为直接的数据提交给应用层。提供差错控制功能。

媒体访问控制(Media Access Control，简称MAC)层：协调网络中节点对信道的访问，同时完成接入控制等功能。数据链系统的大部分设计将围绕该层进行。

物理层：提供基本的物理传输能力，由具备一定性能要求的扩频电台完成。目前主要考虑采用现有的商用电台完成物理层任务。

将网络层次进行如此划分主要是考虑到数据链系统的实时性要求，网络不宜划分的太复杂，因此链路层和媒体访问控制层的功能较强，是协议设计的关键。在一般看来，媒体访问控制层为链路层的一个子层，在本发明中，由于媒体访问控制层的功能较多，因此将其单独划为一个层次。

无人飞行器编队数据链动态组网的前提条件，即约束条件是：对应于目前常用数传电台，不支持多物理信道切换，数据率在100Kbps左右，切换时间相对于通信时间不可忽略。

要求实现的主要功能有：

A.动态组网。网络的拓扑结构变化对整个网络没有影响；

B.近实时的数据交换；

C.较强的抗干扰、抗损毁性能。

在无人飞行器编队中飞行器作为数据链中的节点，所有节点组成一个网络，依靠广播路由形式进行信息交换。网络随机或依据一定法则指定某一节点作为网络管理节点，负责整个网络的管理，保障在各种情况下网络的安全。同时按照一定顺序指定管理节点接班节点，保证在管理节点丢失后立即有新的管理节点补上。

网络中节点间相互关系依靠其序号关联，序号表示其在所有节点中的管理权继承顺序，以及发送信息的次序，同时反映了当前网络的站点数量。其中身份号(identification，简称ID)为0的节点作为网络的第一管理节点，若其丢失，管理权依次由下一序号节点继承。信息交互由每个节点按照序号的次序依次广播，一个节点广播时，其他节点接收信息。

在网络中，每个节点依据一定次序广播本节点信息。对于美国Link16以及Link22战术数据链，其访问次序依靠时分多址技术(Time Division Multiple Access，简称TDMA)方式，每个节点在其自身的时隙发送信息，要求非常精确的时钟支持，对于应用有一定限制。

在实际应用中，采用每个节点根据其在网络中的序号轮流发送自身信息，占用信道，直到其将信息发完。为防止一个节点长时间占用信道，要求每个节点最长发送K个报文，其中K的容量可自由调整，当大于该值后，强制结束该节点发送信息，将信道转给下一节点使用。

一轮发送结束后，留有一个报文长度的预置时隙，用于一些节点发送最高优先级别信息。该时隙供全部节点预约，当一个节点需要该时隙时，发出预约信息，此时整个网络保留一个预约表，根据预约的先后，以及优先级的先后来安排该时隙的使用。

网络系统的更新率以管理节点的更新率来表征；同时，根据系统结构设计，管理节点也负责各帧次的发送次序安排，其重要性不言而喻。为了消除管理节点由于正常或非正常的原因消失后给系统可靠性和稳定性带来的影响，需要在剩余普通节点中及时选取出管理节点，进行角色替换，以维持系统的正常运行。

另一方面，运行中需要根据各普通节点的位置、通信环境等对网络做出相应的调整。原来的管理节点由于各种因素的变化导致无须高更新率要求后，放弃其管理节点位置，其它合适的普通节点需要实现角色继承的过程，管理节点也需要完成普通节点的角色变换的过程，以实现最大优化地配置网络更新率的需求。

针对基本网络结构的初始组网和节点加入，解决了以下几种入网情况：

A.单个节点的入网问题，包括初始组网时的入网和单个节点加入已有网络两个方面；

B.多个节点同时加入的问题；

C.两个已有的基本网络融合为一个更大的基本网络问题。

该方法采用广播方式发送数据给网内的所有节点，所有节点处于同一个共享的信息池内，网络内所有节点都有机会发送数据且须随时了解其他节点的信息。采用的MAC机制为令牌制机制，每个节点自己维持一个计数器，且实时更新，当其收到数据后，若检测到计数器值与自己的ID相等，获得令牌，表明此时此节点可以发送数据。网络内其他节点在计数器值与自己的ID不等情况下均处于侦听状态，只接收其他节点数据信息。

两个节点及多个节点完成初始组网后，各节点按照入网时管理节点自动分配的ID轮流收发数据，新节点可随时加入网络。组网过程可分为两个阶段。

第一阶段为节点初始入网阶段，在该阶段，当节点检测到相邻帧间隔大于预设值T₀s时，随机发送一个入网握手信号，由已有网络的管理节点响应该握手信号，为新加入节点分配ID。

第二阶段为节点入网后轮流收发数据阶段。在该阶段每各节点循环一周后，至ID号最大节点时，设置定时器延时T₁，T₁s内未收到握手帧，则继续轮询收发数据。若T₁s内收到握手帧，则有新节点请求加入网络，由ID号最大节点为其分配ID，之后继续轮询收发数据。

其中，T₀和T₁可有用户根据终端设备的性能和实际使用需要自行设定。

下面介绍无人飞行器编队数据链网络管理。网络管理由管理节点负责，其ID号为1。管理内容主要包括：管理节点的交接、普通节点的加入、普通节点的退出。

(1)管理节点的交接

管理节点交接管理按照普通节点次序确定交接次序。主要包含两种情况：

管理节点自动退出。此时管理节点发送退出消息，接着新管理节点发送消息确定其为管理节点，各普通节点序号上升一位。

管理节点消失。此时在原管理节点因该发送的消息的时间没有消息发出，侦听一段时间后仍无消息，则其后的普通节点接手管理权。各模块节点序号上升一位。

(2)普通节点的加入

任何一个节点感知到一个未加入网络的新普通节点后，其在其发送时间内向整个网络报告新节点加入请求，此时管理节点在预置时隙内发送接受消息，并发布新节点的序号，新节点加入。

(3)普通节点退出

普通节点退出主要包含两种情况：

主动退出。其发布退出信息，接下去的节点序号上升一位。

普通节点消失。在该普通节点的发送时间段内没有消息，下一节点侦听一段时间后仍无消息，则发布该节点丢失，其接下节点序号升位。

最后介绍无人飞行器编队数据链容错控制策略。数据链容错控制策略主要为了解决管理节点丢失后的重新选择问题。

(1)判断丢失策略：

通过后续节点的侦听，发现未收到管理节点应发送的数据帧，向全网发送管理节点丢失通告。

(2)管理节点选择策略：

a.运行中的群首节点

b.更新率要求最高的节点

策略a是通过上层指定的实现的，考虑系统内只有一个群首节点的情况。

策略b可在系统运行中根据各节点的具体情况进行设置，目标是实现系统平均更新率的最大化。

(3)管理节点确定方案

当系统内其余节点侦听到管理节点的退网后，所有节点对自己的更新率进行省查，与现有网内最大更新率进行比较，若存在多个相同最大节点更新率的节点，再比较这些节点的ID，ID小者选取为管理节点。

(4)管理节点确定后调整方案

当系统中某一节点被选取为管理节点后，其调整自己的ID，在其后面的节点亦调整自己的ID，同时需要根据各发送帧次，依据“时隙预约分配方案”调整时隙预约策略。

本发明的优点：

(1)具备多节点自主组网能力：无需人工干预，在按照最小ID原则选定管理节点后，多个节点在运动过程中依据节点入网方法，自主组网，自动完成加入网络过程；

(2)具备节点快速入网能力：在节点入网设计上，采用了载波监听多路访问/冲突检测方法(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，简称CSMA/CD)机制的节点入网技术，减少了单信道条件下的碰撞问题，提高了多节点快速入网的能力，使得多节点组网在短时间内即可完成，达到网络的稳定运行；

(3)具备节点自主离入队管理能力：允许网络的拓扑结构随机变化，节点能够随机加入与随机退出，同时在产生碰撞冲突后，采用退避机制进行冲突分解，解决了报文冲突问题；

(4)节点接入响应时间少于100ms；

(5)满足无线传输速率11520kbps，节点总规模16个。

附图说明

图1是本发明节点入队流程图；

图2是本发明基本网络平面结构图；

图3是本发明等效后的基本网络平面结构图；

图4是本发明的网络拓扑图；

图5是本发明网络时隙设置图；

图6是本发明独立节点入网流程图；

图7是本发明节点离队流程图。

图中：        1.第一普通节点    2.第n普通节点      3.第一管理节点4.第二管理节点    5.中继节点        6.第一节点         7.第二节点8.第三节点        9.第四节点        10.第五节点        11.第六节点12.第七节点    13.第n节点     14.第一时隙    15.第二时隙16.第三时隙    17.第四时隙    18.第五时隙    19.第n时隙20.预置时隙    J1.第一接口    J2.第二接口

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。按照节点入队和离队的过程，描述无人飞行器编队数据链的自主组网和动态管理的步骤。

本发明是一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，该方法包括节点入队流程和节点离队流程两部分，其中的节点入队流程如图1所示：

步骤一：设计数据链网络平面结构

鉴于无人飞行器编队飞行任务的特点，无人飞行器数量不会太多，编队半径也不会太大，因而对于中继要求不高，但各无人飞行器需要时刻交互各自信息，各节点对信息更新要求基本一致，对数据链运行的稳定性要求很高，基于此将本数据链设置为对等网模式，对等网结构稳定，组网速度快，各节点的地位相同，很适合无人飞行器编队飞行的要求。

图2是一个完整的数据链网络平面结构图，该数据链网络包括第一普通节点1、第n普通节点2、第一管理节点3、第二管理节点4和中继节点5，其中第一普通节点1、第n普通节点2、第一管理节点3和中继节点5构成一个网络，第二管理节点4属于另一网络；各节点间的主要接口是第一接口J1、第二接口J2，其中第一接口J1为数据接口，第二接口J2为信令接口；第一普通节点1与第n普通节点2通过第一接口J1相连，传递数据信息；第一普通节点1与第一管理节点3通过第一接口J1和第二接口J2连接，传递数据信息和指令信息；中继节点5位于第n普通节点2与第一管理节点3之间，起到数据中继作用，中继节点5与第n普通节点2之间通过第一接口J1和第二接口J2连接，中继节点5与第一管理节点3之间通过第一接口J1和第二接口J2连接；第一管理节点3与第二管理节点4通过第一接口J1和第二接口J2连接。

将网络设置为对等网模式，且暂不考虑多个网络共同运行的情况，可去除第二管理节点4和中继节点5，简化后的网络平面结构图如图3所示，该简化后的网络包括第一普通节点1、第n普通节点2和第一管理节点3，其中各节点间的主要接口仍是第一接口J1和第二接口J2；第一普通节点1与第n普通节点2通过第一接口J1相连，只交互数据信息；第一普通节点1与第一管理节点3通过第一接口J1和第二接口J2连接，第n普通节点2与第一管理节点3通过第一接口J1和第二接口J2连接，传递数据信息和指令信息。

第一普通节点1、第n普通节点2、第一管理节点3和中继节点5组成一个网络，依靠广播形式进行信息交换，其结构如图4所示，第一节点6、第二节点7、第三节点8、第四节点9、第五节点10、第六节点11、第七节点12、……、第n节点13组成一个闭环，依次进行广播发送，网络按照ID最小原则指定第一节点6作为第一管理节点3，负责整个网络的管理，保障在各种情况下网络的安全。其余节点为第一普通节点1至第n普通节点2，除正常收发数据外，还按照ID递增顺序原则进行管理节点的继承，使得在第一管理节点3丢失后立即生成新的第一管理节点3。

按照图5所示设置网络时隙，第一时隙14、第二时隙15、第三时隙16、第四时隙17、第五时隙18、……、第n时隙19和预置时隙20组成一个闭环，每个节点根据其ID号占用对应的时隙，其中第一时隙14供第一节点6也就是第一管理节点3占用，第二时隙15至第n时隙19分别供第一普通节点1至第n普通节点2占用；各节点根据其在时隙中的排序轮流发送自身信息，直到将信息发完。一轮发送结束后，留有一个报文长度的预置时隙，用于一些节点发送最高优先级别信息。

步骤二：定义节点的信息帧

1)握手帧：握手帧是用于各节点构建初始网络的信息格式。第一管理节点3启动初始组网时发送握手帧，用以寻找网络中的第一普通节点1和第n普通节点2，并形成联系。

2)确认帧：确认帧是用于普通节点加入网络的信息格式。在初始组网阶段，第一普通节点1和第n普通节点2接收到握手帧时发送确认帧，与第一管理节点3形成初始网络；在网络已形成阶段，第一普通节点1和第n普通节点2加入网络阶段到来时发送确认帧，加入已形成网络。

3)控制帧：控制帧是第一管理节点3对要求加入网络的节点进行确认回复的信息格式。第一管理节点3在收到第一普通节点1和第n普通节点2的确认帧后发送控制帧，用控制帧作为第一普通节点1和第n普通节点2加入网络的确认回复。

4)数据帧：数据帧是网络内节点发送数据的信息格式。节点通过数据接口发送或接收数据帧，各无人飞行器实时传输的信息内容包含于数据帧中。

5)公告帧：公告帧是全网信息通告的信息格式。网络内节点发现节点丢失后发送公告帧，将信息通告网内全部节点。

步骤三：初始组网和节点加入

针对基本网络结构的初始组网和节点加入，可能存在下面几种场景：

1)当单个节点加入网络时，包括初始组网时的入网和单个节点加入已有网络两个方面，此时进入步骤四。

2)当多个节点同时加入网络时，进入步骤五。

步骤四：单节点初始入网

图6表示了一个节点的初始入网流程和节点入网后收发数据的流程，其中在初始入网流程中，一个节点首先处于侦听状态，定义侦听延时T_s，若T_s内未接收到信息，则主动广播，广播后继续侦听并依此循环；当收到信息后有如下四种情况：

1)若该节点收到来自第一管理节点3的握手帧，则发送确认帧之后继续侦听；

2)若该节点收到数据帧则进行相邻帧检测，若间隔小于预设值T₀则保持检测，若间隔大于预设值T₀，随机发送一个入网握手信号，由已有网络的第一管理节点3响应该握手信号，为新加入节点分配ID；

3)若该节点收到控制帧，则进行网络ID分配并加入网络；

4)若该节点为第一管理节点3，则只会收到来自第一普通节点1和第n普通节点2的确认帧，之后该管理节点发送控制帧，允许普通节点入网。

组网后，第一普通节点1和第n普通节点2按照入网时管理节点分配的ID轮流收发数据，新节点可随时加入网络。

目前采用的MAC机制为类似令牌制的机制，每个节点自己维持一个计数器，且实时更新，当某一节点收到数据后，若该节点检测到计数器值与自己的ID相等，获得令牌，表明此时此节点可以发送数据。网络内其他节点在计数器值与自己的ID不等情况下均处于侦听状态，只接收其他节点数据信息。

步骤五：多个节点初始入网

若初始入网时的普通节点数目大于两个，会有两个以上的普通节点同时收到握手信号。如果此时上述两个以上的普通节点同时返回确认信号，就会发生冲突。无线环境中无法像以太网那样进行冲突检测。这是因为无线环境中冲突发生在接收方，而非发生在发送方。在发送方发送帧时即使有冲突发生，由于在发送方的接收天线上自己正在发送的信号具有最大的能量，其他的信号被当成噪声被过滤，因此接收天线不能判断是冲突发生还是噪声信号。但在接收方由于信号碰撞而使帧被破坏。

在本数据链系统设计中，采用冲突避免机制为：当第一普通节点1和第n普通节点2同时入网时，节点收到握手信号后，如果侦听到信道空闲，并不马上发送数据，而是在预定的多个时隙中随机的选择一个发送，这种机制有效的避免了冲突的发生。若预定竞争时隙内仍有冲突发生，则发生冲突的节点在接下来的时隙重新发送确认帧。

步骤六：节点入网后收发数据

图6表示了一个节点的初始入网流程和节点入网后收发数据的流程，其中在入网后收发数据流程中，一个节点首先处于侦听状态，之后分为三种情况：

(1)当收到确认帧后，进入检测环节，定义标志Flag，当该节点处于发送时隙时Flag＝1，否则Flag＝0；当Flag＝1时进行发送数据；

(2)若该节点收到数据帧，表明其他节点正在发送，定义计数变量Counter从0开始每接收一次数据递增1，当Counter等于该节点ID时该节点发送数据；当每个节点循环一周至ID号等于网络中节点总数num时，设置定时器延时T₁，若T₁内未收到握手帧，则继续新一轮的循环收发数据；若T₁内收到握手帧，则有新普通节点请求加入网络，由ID号最大节点为其分配ID，之后继续循环收发数据；

(3)若该节点收到控制帧，处理情况与步骤四一样。

当存在预约机制时，入网时运行方式的主要区别在于全网的所有节点进行的相应调整有所不同。在大于10个节点的网络内，新普通节点的加入必然使得原来占有预置时隙的某个节点放弃该预置时隙，作为新加入节点的固定时隙。这里的转让完全是按照节点的发送ID来进行的，同时别的节点也要作相应的包括计数等方面的调整。

以上为节点入队全过程，至此网络已能稳定运行，但对应于无人飞行器编队的应用背景，无人飞行器存在飞出通信区域或坠毁的可能性，因而在网络运行过程中会涉及节点离队，数据链能够在任何一个或多个节点离队后其余节点仍能正常稳定的收发数据。

2.节点离队流程

节点离队流程示意图如图7所示，分为节点丢失和节点主动离队。某一节点发送数据，其后的节点进行节点丢失判定检测，若判断该节点丢失，则将其归入暂时离队状态，设置等待时间Td，等待Td后确认该节点离队，这种情况为节点丢失，处理流程为步骤a和步骤b；若节点需要脱离网络，也能主动申请离队，处理流程为步骤c。

步骤a：节点丢失判定

网络内任一节点IDx发送数据帧后，网内其余节点收到数据后马上启动一个定时器，该定时器为从当前发送数据节点到本节点之间的节点预留发送时隙，若定时时间到仍未收到下一节点IDx+1发送的数据，则可认定节点IDx+1丢失。

步骤b：节点暂时离队

考虑到节点的暂时性的离队的情况，对上述方法加以补充。系统设置一个计数器，如步骤a所述，当其余节点等待Td时间后仍未收到IDx+1发送的数据信息，可认定节点IDx+1丢失，但此时暂不发送公告帧调整网络中节点的发送ID，只执行计数器加1，这时仍为可能已退出的节点IDx+1留出位置，若计数器连续统计n次，如n＝10，仍未收到前面节点信息，则这时发送公告帧以调整节点ID。计数器统计次数n可根据用户对于数据链动态性要求进行设置，n越小则数据链越敏感。

步骤c：主动离队申请

主动申请离队的节点向整个网络发送公告帧，告知其余节点目前网络内的剩余节点数，同时调整网络内各个节点的发送ID。这样，即使任何时刻有任意个节点退出均对整个网络的通信不构成影响，增加了网络应对突发错误的可靠性。

Claims (4)

1.一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，其特征在于，该方法包括节点入队流程和节点离队流程两部分，

其中的节点入队流程包括如下步骤：

步骤一：设计数据链网络平面结构

将数据链设置为对等网模式；

步骤二：定义节点的信息帧

1)握手帧：握手帧是用于各节点构建初始网络的信息格式；第一管理节点启动初始组网时发送握手帧，寻找网络中的第一普通节点和第n普通节点，并形成联系；

2)确认帧：确认帧是用于普通节点加入网络的信息格式；在初始组网阶段，第一普通节点和第n普通节点接收到握手帧时发送确认帧，与第一管理节点形成初始网络；在网络已形成阶段，第一普通节点和第n普通节点加入网络阶段到来时发送确认帧，加入已形成网络；

3)控制帧：控制帧是第一管理节点对要求加入网络的节点进行确认回复的信息格式；第一管理节点在收到第一普通节点和第n普通节点的确认帧后发送控制帧，用控制帧作为第一普通节点和第n普通节点加入网络的确认回复；

4)数据帧：数据帧是网络内节点发送数据的信息格式；节点通过数据接口发送或接收数据帧，各无人飞行器实时传输的信息内容包含于数据帧中；

5)公告帧：公告帧是全网信息通告的信息格式；网络内节点发现节点丢失后发送公告帧，将信息通告网内全部节点；

步骤三：初始组网和节点加入

针对基本网络结构的初始组网和节点加入，存在下面几种场景：

1)当单个节点加入网络时，包括初始组网时的入网和单个节点加入已有网络两个方面，此时进入步骤四；

2)当多个节点同时加入网络时，进入步骤五；

步骤四：单节点初始入网

在初始入网流程中，一个节点首先处于侦听状态，定义侦听延时T_s，若T_s内未接收到信息，则主动广播，广播后继续侦听并依此循环；当收到信息后有如下四种情况：

1)若该节点收到来自第一管理节点的握手帧，则发送确认帧之后继续侦听；

2)若该节点收到数据帧则进行相邻帧检测，若间隔小于预设值T₀则保持检测，若间隔大于预设值T₀，随机发送一个入网握手信号，由已有网络的第一管理节点响应该握手信号，为新加入节点分配ID；

3)若该节点收到控制帧，则进行网络ID分配并加入网络；

4)若该节点为第一管理节点，则只会收到来自第一普通节点和第n普通节点的确认帧，之后该第一管理节点发送控制帧，允许普通节点入网；

组网后，第一普通节点和第n普通节点按照入网时第一管理节点分配的ID轮流收发数据，新节点能够随时加入网络；

步骤五：多个节点初始入网

采用冲突避免机制：当第一普通节点和第n普通节点同时入网时，节点收到握手信号后，如果侦听到信道空闲，并不马上发送数据，而是在预定的多个时隙中随机的选择一个发送；若预定竞争时隙内仍有冲突发生，则发生冲突的节点在接下来的时隙重新发送确认帧；

步骤六：节点入网后收发数据

在入网后收发数据流程中，一个节点首先处于侦听状态，之后分为三种情况：

(1)当收到确认帧后，进入检测环节，定义标志Flag，当该节点处于发送时隙时Flag＝1，否则Flag＝0；当Flag＝1时进行发送数据；

(2)若该节点收到数据帧，表明其他节点正在发送，定义计数变量Counter从0开始每接收一次数据递增1，当Counter等于该节点ID时该节点发送数据；当每个节点循环一周至ID号等于网络中节点总数num时，设置定时器延时T₁，若T₁内未收到握手帧，则继续新一轮的循环收发数据；若T₁内收到握手帧，则有新普通节点请求加入网络，由ID号最大节点为其分配ID，之后继续循环收发数据；

(3)若该节点收到控制帧，处理情况与步骤四一样；

所述的节点离队分为节点丢失和节点主动离队；某一节点发送数据，其后的节点进行节点丢失判定检测，若判断该节点丢失，则将其归入暂时离队状态，设置等待时间Td，等待Td后确认该节点离队，这种情况为节点丢失，处理流程为步骤a和步骤b；若节点需要脱离网络，也能主动申请离队，处理流程为步骤c；

步骤a：节点丢失判定

网络内任一节点IDx发送数据帧后，网内其余节点收到数据后马上启动一个定时器，该定时器为从当前发送数据节点到本节点之间的节点预留发送时隙，若定时时间到仍未收到下一节点IDx+1发送的数据，则认定节点IDx+1丢失；

步骤b：节点暂时离队

系统设置一个计数器，如步骤a所述，当其余节点等待Td时间后仍未收到节点IDx+1发送的数据信息，认定节点IDx+1丢失，但此时暂不发送公告帧调整网络中节点的发送ID，只执行计数器加1，这时仍为可能已退出的节点IDx+1留出位置，若计数器连续统计n次，仍未收到节点IDx+1信息，则这时发送公告帧以调整节点ID；计数器统计次数n根据用户对于数据链动态性要求进行设置，n越小则数据链越敏感；

步骤c：主动离队申请

主动申请离队的节点向整个网络发送公告帧，告知其余节点目前网络内的剩余节点数，同时调整网络内各个节点的发送ID。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，其特征在于：所述的数据链网络包括第一普通节点(1)、第n普通节点(2)、第一管理节点(3)、第二管理节点(4)和中继节点(5)，其中第一普通节点(1)、第n普通节点(2)、第一管理节点(3)和中继节点(5)构成一个网络，第二管理节点(4)属于另一网络；

各节点间的主要接口是第一接口(J1)、第二接口(J2)，其中第一接口(J1)为数据接口，第二接口(J2)为信令接口；第一普通节点(1)与第n普通节点(2)通过第一接口(J1)相连，传递数据信息；第一普通节点(1)与第一管理节点(3)通过第一接口(J1)和第二接口(J2)连接，传递数据信息和信令信息；中继节点(5)位于第n普通节点(2)与第一管理节点(3)之间，进行数据中继，中继节点(5)与第n普通节点(2)之间通过第一接口(J1)和第二接口(J2)连接，中继节点(5)与第一管理节点(3)之间通过第一接口(J1)和第二接口(J2)连接；第一管理节点(3)与第二管理节点(4)通过第一接口(J1)和第二接口(J2)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，其特征在于：第一普通节点(1)、第n普通节点(2)、第一管理节点(3)和中继节点(5)组成一个网络，依靠广播路由形式进行信息交换，第一节点(6)、第二节点(7)、第三节点(8)、第四节点(9)、第五节点(10)、第六节点(11)、第七节点(12)、……、第n节点(13)组成一个闭环，依次进行广播发送，网络按照ID最小原则指定第一节点(6)作为第一管理节点(3)，负责整个网络的管理，保障在各种情况下网络的安全；其余节点为第一普通节点(1)至第n普通节点(2)，除正常收发数据外，还按照ID递增顺序原则进行管理节点的继承，使得在第一管理节点(3)丢失后立即生成新的第一管理节点(3)。

4.根据权利要求1所述的一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，其特征在于：所述的时隙设置为：第一时隙(14)、第二时隙(15)、第三时隙(16)、第四时隙(17)、第五时隙(18)、……、第n时隙(19)和预置时隙(20)组成一个闭环，每个节点根据其ID号占用对应的时隙，其中第一时隙(14)供第一节点(6)也就是第一管理节点(3)占用，第二时隙(15)至第n时隙(19)分别供第一普通节点(1)至第n普通节点(2)占用；各节点根据其在时隙中的排序轮流发送自身信息，直到将信息发完；一轮发送结束后，留有一个报文长度的预置时隙，用于一些节点发送最高优先级别信息。

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