CN108683445A - 一种飞行器编队分层入网管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于维护或管理的装置技术领域，公开了一种飞行器编队分层入网管理方法及系统，主要内容包括有初始化飞行器编队网络参数；标识飞行器节点能力状态信息；利用节点能力状态信息定义节点综合性能参量指标；根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图；根据节点能力可视图结合地理位置区域考量选取编队入网发起节点；根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的控制信息交互；入网发起节点在收到入网应到后在编队内进行信息告知，使各个节点更新本地信息域，编队入网完成。本发明以最低成本获取最大入网效率，提高编队入网的综合性能，保障网络通信QoS需求，提高任务完成效率和质量。

Description

一种飞行器编队分层入网管理方法及系统

技术领域

本发明属于用于维护或管理的装置技术领域，尤其涉及一种飞行器编队分层入网管理方法及系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：空中信息平台是高速移动的空间平台，是包含各种低空飞行器在内，支持勘测、通信、侦查等重要飞行任务的通信服务和任务规划系统。与有线网和地面无线局域网相比，空中信息平台中的飞行器具有独特的网络特性：资源有限、易受通信环境影响、网络拓扑高动态变化，这些特性一方面增加了空中飞行器入网管理的难度，另一方面也为网络通信服务质量的QoS保障带来了很大的挑战。虽然空中信息多样性和复杂性为空中平台中飞行器入网管理带来了挑战，且低空平台飞行器的拓扑特性、运动特征与通信服务特性等方面的问题提高了对网络协同工作的能力的质量和效率要求，但同时也为飞行器编队入网性能的提升带来了机遇。该飞行器编队高效分层认证的入网过程是多架飞行器通过飞行器之间的链路信息交互完成入网控制信息的交互进而实现编队节点认证的过程，以实现编队节点的快速认证和网络拓扑融合与维护，以满足飞行器共同完成勘测、通信、侦查等重要飞行任务。如何利用有限的资源完成飞行器编队内多节点的快速加入，实现网络的迅速融合和快速重构，从而达到保障通信任务顺利进行的目的是空中平台网络通信领域亟待解决的问题。目前关于编队入网认证的文献很多是从时间同步、跳频时帧分配等角度来进行阐述，从拓扑结构和认证层次角度出发的描述也不够完整，而且大部分入网控制信息的路径寻取是基于单路径或单路径扩展的寻路方式，在传输业务量增大，拓扑动态性高以及节点、路径稳定下较低的场景下，将导致入网控制包的开销、认证成功率以及入网时延恶化的问题。关于飞行器编队入网管理方法的研究，目前比较成熟的主要有两种：

第一种是飞行器编队的自主入网，对飞行器网络进行层次划分，通过飞行器间链路的信息交互完成编队入网过程；第二种是结合辅助信息的编队入网过程，例如借助GPS系统、卫星与地面站信息。已有的方法在一定条件下能够保证飞行器编队的融合顺利完成，但在入网过程中信息交互成功率，入网时延、入网成功率以及控制开销等性能方面的提升却没有进一步的考虑，而且空中网络通信环境多变，飞行器执行任务复杂多样，对于不同通信场景和网络状态的需要有一个自适应入网策略来提高编队入网过程的灵活性和鲁棒性，进一步提升网络性能，从而实现通信服务质量的保障。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有分布式飞行器的入网方式在性能方面的劣势以及关于编队入网流程和机制不够完善，会直接影响飞行器编队的任务执行效率。

解决上述技术问题的难度和意义：关键技术难点主要在于1如何保证飞行器编队 在通信环境复杂、节点动态多变及任务场景切换的情况下进行入网时，仍可以保障较低的 入网开销和较高的时延性能；2在制定入网发起节点与下一跳节点的选取策略时如何综合 考虑网络节点能力信息和地理位置信息，最大限度地提高路径可靠性和数据交互成功率， 降低路径平均跳数和入网时延。本发明的入网方案从多个角度考虑，针对不同场景采取分 层认证及可切换的入网策略提高编队入网过程的灵活性和自适应性，另外通过多路径选 取、参量的维护和管理以及后期拓扑的维护在保障入网性能的同时进一步提高网络抗毁性 与鲁棒性，保障业务的QoS需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种飞行器编队分层入网管理方法及系统。

本发明是这样实现的，一种飞行器编队分层入网管理方法，所述飞行器编队分层入网管理方法包括：初始化飞行器编队网络参数；标识飞行器节点能力状态信息；利用节点能力状态信息定义节点综合性能参量指标；根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图；根据节点能力可视图结合地理位置区域考量选取编队入网发起节点；根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的控制信息交互；入网发起节点在收到入网应到后在编队内进行信息告知，使各个节点更新本地信息域，编队入网完成。

进一步，所述飞行器编队分层入网管理方法包括以下步骤：

(1)在面向任务驱动的场景下，飞行器编队接收地面站或卫星的测控指令飞往指定区域，向另一飞行器网络发起入网，将主动发起入网的飞行器编队称为待入网编队，将负责待入网编队认证管理的飞行器网络称为主拓扑；

(2)初始化飞行器网络参数，定义主拓扑中飞行器集合AC＝{u₁,u₂,...,u_i,...,u_R}，待入网编队中飞行器集合US＝{us₁,us₂,...,us_j,...,us_Q}，其中，u_i表示主拓扑中第i个飞行器节点，us_j表示待入网编队中第j个飞行器节点，i∈[1,R]，j∈[1,Q]，R为主拓扑中飞行器节点个数，Q为编队中飞行器节点个数；

(3)对网络中节点按照功能划分为5个模块，进行层次化管理，协同工作完成任务，其中5个模块分别为参数、消息获取器模块，入网决策器模块，监测维护器模块，能力量化模块，本地信息存储器模块；

(4)标识节点能力状态信息，初始化过程中，根据参数、消息获取器模块GT通过感知以及通过信息包交互获取到的参数为编队中每个飞行器节点确定其能力状态信息，记第j个节点的状态信息记为T_jk，包括节点度a_j，节点能源信息b_j，节点数据处理能力c_j，其中,j∈[1,Q],k∈[1,3]，T_j1＝a_j,T_j2＝b_j,T_j3＝c_j；

(5)在能力量化模块对节点能力进行量化，根据步骤(2)标识的能力状态信息，定义节点综合性能参量为：

作为待入网编队中入网发起节点的备选指标以及在进行入网控制包交互寻路时路径和信息转发概率的选取依据，其中U_j表示第j个节点的能力参量，d_k表示能力状态参数T_jk所占权重，且满足

(6)根据步骤(5)节点综合性能参量计算方法，构建全网节点能力可视图；

(7)在入网决策器模块DC进行入网发起节点的选取，其中需要的参量信息均由参数、信息获取器模块提供，定义编队内节点i与节点j之间的相对稳定因数其中表示节点i与节点j的相对速度大小，为节点i与节点j相对距离矢量，α与β分别表示和对节点间稳定因数γ的影响程度，同时结合步骤(5)定义的节点综合能力状态指标，节点i选为发起节点的资格表征为：

其中c为常数，若节点r满足则选定节点r为待入网编队的入网发起节点；

(8)入网发起阶段，待入网编队的飞行器节点通过参数、消息获取器模块GT向周围探测邻节点信息，并更新本地信息存储器中关于周围节点的地理位置location、运动方向的θ、γ角度、速度v以及承担的网络角色role、所属网络编队ID信息；

(9)入网发起节点org_node产生携带本编队信息的入网申请包apply_pkt，并根据本地信息存储器模块ST记录的信息将申请包通过中间节点发送到主拓扑的边缘节点edges，边缘节点可为一个或多个，把入网发起节点org_node的申请包转发至中控节点的边缘节点称为入口节点，入口节点的数量可基于线性反馈递增的方法进行确定；首先选择一个边缘节点作为入网入口节点access，如果在规定的时间Δt内未能完成入网控制包的交互，则下一段时间重新发起入网可选择两个入口节点，依次递增；

(10)路径选取与维护，通过基于地理位置信息的休眠状态定向多路径寻路方式进行下一跳节点选取与维护，将入网申请包经过中继节点转发至主拓扑中控节点，同时在进行转发过程中，将控制包到达中控节点的上一跳信息记录到本地信息存储器模块ST；

(11)主拓扑中控节点收到该编队入网申请包后，通过读取本地信息存储器中的原路径信息将入网应答包回传至编队中的入网发起节点；

(12)入网发起节点收到入网应答包后，广播通知包告知编队内节点有关入网信息和新拓扑信息，普通节点收到通知包后进行处理并按照根据网络密度和节点通信忙碌程度所确定的概率p进行转发；

(13)直至所有节点根据通知包更新本地信息存储器，完成新拓扑节点信息存储后，编队入网过程结束。

进一步，进行入网发起节点选取的具体过程包括：

(1)根据场景需求将规模为πR²km²的待入网编队网络G按照等圆心角扇形分割的方式划定K个不同区域，各区域为以编队中心为圆心，圆心角大小为θ＝2π/K的扇形；

(2)构建的节点能力可视图上，根据需要入网的编队节点个数，在最靠近主拓扑的t个扇形区域中分别选取节点作为t个子区域中的入网发起节点，其他节点定位普通飞行器节点，其中1≤s≤t，k_s'表示该子区域s内的飞行器节点个数；

(3)对各个节点进行角色role标记，并在编队内通过广播、转发与处理更新各个节点本地存储器模块中存储的本地信息。

进一步，入口节点转发入网发起节点的申请包至待入网节点进行入网的过程具体包括：

(1)入口节点确定后，网络通过基于地理位置信息的定向矢量休眠状态多路径寻路方法寻找和维护下一跳，并将路由信息储存在节点本地信息域内，完成入网控制信息的交互；

(2)入口节点根据最小跳数选择主拓扑中管理其入网的中控节点，主拓扑F的邻接矩阵为D＝(d_ij)_n×m，d_ij表示节点从v_i路由到v_j所需要的最小跳数，最短距离矩阵可由基于地理位置信息的定向矢量“休眠”状态路由求得，待入网节点v_i选择中控u_j作为入网中控节点，则满足d(v_i,u_j)≤d(v_i,u_l),j,l≤K,l≠j，通过最近的中控节点完成其入网操作；

(3)入网后的v_i包含在中控u_j的服务集合V_j中，v_i∈V_j，u_j与服务集合V_j中节点间的最大距离为称为中控u_j的覆盖半径。

进一步，基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式寻找和维护下一跳的具体包括：

(1)当待入网节点要发送入网请求时，根据节点本地信息域中的信息，以从本节点到对应中控节点的方向为轴线，按照60°～120°的角度范围向两侧画弧线，并结合节点单跳通信最远距离确定扇形区域；

(2)在该扇形区域内，将所有节点向轴线做投影，记录每个节点的投影位置与圆心之间的距离L_j，综合节点综合能力信息U_j定义下一跳备选指标K_j＝w₁·L_j+w₂·U_j,其中w₁和w₂分别表示投影距离L_j与节点综合能力U_j所占权重；

(3)设定阈值Tsh，将扇形区域中K_j＞Tsh的节点作为下一跳备选节点，并将其信息存储在本地信息存储器中，发出数据包，其中阈值的设定用于下一跳节点个数在网络拓扑规模、通信负载以及拓扑动态性之间影响下的自适应调整，实现权衡多路径条数和路由可靠性之间的权衡；

(4)中间节点在接收到上一跳节点转发来的控制包时，根据包序号判断是否以接受过，如果是，则直接销毁，若不是，则接受进行处理后回到(1)，按照上述方式进行下一跳节点选取并进行控制包的转发，依次进行直到控制包传送到目的节点；

(5)下一跳信息维护，在初始建网阶段，每个节点每隔一段很短的预设时间，便要检测本节点到中控节点的下一跳是否在单跳通信范围内，若在，则不进行更新操作，等待下一周期再次进行检测，若不在，则按照以上方案重新选出到中控节点的下一跳节点；

(6)在网络趋于稳定无节点离开或加入网络时，将路径下一跳维护切换至“休眠”状态，暂停下一跳信息的更新过程，在有少量节点需要加入或离开网络时，重新按照已述方法寻找和维护下一跳路由。

进一步，信息转发概率的确定具体包括：

(1)每个节点维护一个本地信息域，包含所有已交互信息的节点的地理位置信息，根据信息估算网络节点的个数n和所组成网络的面积S，求得网络节点平均密度ρ＝n/S；

(2)定义第i个节点通信忙碌程度busy_i＝m_i/c_i，其中m_i表示节点正在处理的数据量，c_i表示节点数据处理能力；

(3)结合节点综合性能指标U_j确定的节点密度信息ρ以及节点通信忙碌程度busy_i，确定信息转发概率p_i为：

其中α、β、γ分别为U_i、ρ和busy_i对应的参数影响因子，Θ为一个常量，对概率进行归一化处理。

本发明的另一目的在于提供一种所述的飞行器编队分层入网管理方法的飞行器编队分层入网管理系统，所述飞行器编队分层入网管理系统包括：

初始化模块，用于初始化飞行器编队网络参数；

标识模块，用于标识飞行器节点能力状态信息；

节点定义模块，用于利用节点能力状态信息定义节点综合性能参量指标；

指标构建模块，用于根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图；

选取模块，用于根据节点能力可视图结合地理位置区域考量选取编队入网发起节点；

信息交互模块，用于根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的入网控制信息交互；

更新模块，用于入网发起节点进行编队内信息告知，各个节点更新本地信息域操作，编队入网完成。

所述节点定义模块进一步包括：

入网决策器模块，负责进行场景判断，对合适的入网策略进行决策，协调各个模块的工作，进行宏观上的流程化调控；

参数、消息获取器模块，负责收集网络拓扑以及各个节点的参量信息，例如节点的经度、纬度、高度、节点度信息、节点通信能力、邻节点对应的方向信息，除此之外还需收集和处理有关入网控制包的接收工作；

检测维护器模块，负责定期检测和维护路由信息、待入网编队发起节点信息、邻节点对应的方向信息以及全网节点位置信息；

能力量化器模块，通过收集来的参数信息对节点能力状态参量进行计算，评估节点续航能力、被选择为入网发起节点以及下一跳节点的概率；

本地信息存储器模块，存储本地信息，例如入网发起节点信息、邻节点位置信息表及对应天线方向信息、下一跳及上一跳节点路由信息。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述飞行器编队分层入网管理方法的飞行器。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：以改善飞行器编队在入网过程中的效率和开销问题，并通过分层认证及自适应入网方式、多路径选取与参量信息的维护和管理、编队合并等状况下的网络动态重构，以保障全网的有效运行，从而达到提高入网成功率和网络抗毁性、降低网络入网时延和开销、同时提升链路利用率，保障业务QoS的需求。

本发明考虑实际的空中信息网络场景，定义节点综合性能指标以及功能性节点资格表征，对节点能力进行量化，提供入网发起节点和路由下一跳节点选取的考量标准，结合多方信息以实现最大程度提升编队入网成功率与时延性能。

本发明将入网系统和节点模块化，实现任务管理层次化与黑盒化，各个模块功能独立协同工作，可以高效地完成编队融合与拓扑重构，使得层次化认证过程更为清晰，模块之间的独立性使得对不同部分进行修改与完善更为方便。

本发明对中间节点的信息转发概率进行综合考虑，在网络密度较大，通信负荷较重，入网节点较多的情况下，减少通信负荷及网络拥塞，降低丢包的可能性，避免时延性能的恶化。

本发明考虑了入网控制信息的数据量和时延需求，采用基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方法寻找和维护路径，增加网络自适应性，在满足任务时延需求的基础上进一步减少网络负担和控制开销，提高入网性能。

通过仿真验证，本入网系统可以在空空视距200km、250km、300km等不同场景下，支持1000km*1000km覆盖范围内分布式飞行器成员编队的动态高效入网，其中编队动态随机入网策略有3类，支持不同任务场景的动态切换，在网络运行中，20个节点编队加入主拓扑的时间仅需0.2319s，所有节点获取全网节点位置信息时间为0.6658s，200个节点编队加入主拓扑的时间仅需0.7116s，所有节点收到全网节点位置信息仅需2.1303s，表现出良好的时延性能，此外在进行编队入网时，控制信息比例基本维持在4％左右，开销性能表现良好，本发明所采用的入网系统及方法提供了3种入网模式，实现了情景感知下的入网模式切换，改变目前飞行器入网模式单一以及机制不完善的局限性。通过OPNET网络仿真工具进行仿真和分析，表明了该入网系统及方法的有效性，能够在网络拓扑结构及任务场景变化的情况下保证编队入网的成功率和时延性能，满足快速支撑网络通信的正常运行的需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的飞行器编队分层入网管理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的飞行器编队分层入网管理系统结构示意图；

图中：1、初始化模块；2、标识模块；3、节点定义模块；4、指标构建模块；5、选取模块；6、信息交互模块；7、更新模块。

图3是本发明实施例提供的节点模块图。

图4是本发明实施例提供的全网节点能力可视图。

图5是本发明实施例提供的入网发起节点选取过程示意图。

图6是本发明实施例提供的部分节点入网过程示意图。

图7是本发明实施例提供的基于地理位置信息扇形划分进行下一跳节点选取的过程示意图。

图8是本发明实施例提供的入网多路径演化运行过程。

图9是本发明实施例提供的编队入网过程中信息交互示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对飞行器编队的入网认证机制和流程不完善，结构层次化阐述不够完整的问题。本发明从入网时延与入网开销的权衡、功能性节点选取机制的进一步改善、综合飞行器通信环境以及拓扑动态性特点采取合理的自适应认证机制、多路径选取与维护、以最低成本获取最大入网效率的出发，以提高编队入网的综合性能，保障网络通信的QoS需求，提高任务完成的效率和质量为主要目的。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的飞行器编队分层入网管理方法包括以下步骤：

S101：初始化飞行器编队网络参数；标识飞行器节点能力状态信息；利用节点能力状态信息定义节点综合性能参量指标；根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图；

S102：根据节点能力可视图结合地理位置的考虑选取编队入网发起节点；根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的入网控制信息交互；

S103：入网发起节点进行编队内信息告知，各个节点更新本地信息域操作，编队入网完成。

如图2所示，本发明实施例提供的飞行器编队分层入网管理系统包括：

初始化模块1，用于初始化飞行器编队网络参数。

标识模块2，用于标识飞行器节点能力状态信息。

节点定义模块3，用于利用节点能力状态信息定义节点综合性能参量指标。

指标构建模块4，用于根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图。

选取模块5，用于根据节点能力可视图结合地理位置的考虑选取编队入网发起节点。

信息交互模块6，用于根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的入网控制信息交互。

更新模块7，用于入网发起节点进行编队内信息告知，各个节点更新本地信息域操作，编队入网完成。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

实施例1

本发明实施例提供的飞行器编队的高效分层入网管理方法与设备，参照图3实现步骤如下：

步骤1，网络场景描述：

在面向任务驱动的场景下，飞行器编队接收地面站或卫星的测控指令飞往指定区域，向另一飞行器网络发起入网，其中将主动发起入网的飞行器编队称为待入网编队，将负责待入网编队认证管理的飞行器网络称为主拓扑，本发明关于入网方式通过采用改进的机制实现编队快速高效准确认证与融合，保障任务执行的高效，提高网络鲁棒性；

步骤2，初始化飞行器网络参数

(2a)定义主拓扑中飞行器集合AC＝{u₁,u₂,...,u_i,…,u_R}，其中，u_i表示主拓扑中第i个飞行器节点，i∈[1,R]，R为主拓扑中飞行器节点个数；

(2b)定义入网编队中飞行器集合US＝{us₁,us₂,...,us_j,...,us_Q}，其中，us_j表示待入网编队中第j个飞行器节点，j∈[1,Q],Q为编队中飞行器节点个数；

步骤3，节点模块划分

如图3所示，对网络中节点按照功能进行模块划分，进行层次化管理，协同工作完成任务，模块之间的独立性使得对不同部分进行修改与完善更为方便，不同模块负责不同任务，具体如下：

(1)入网决策器模块DC，负责进行场景判断，对合适的入网策略进行决策，协调各个模块的工作，即进行宏观上的流程化调控；

(2)参数、消息获取器模块GT，负责收集网络拓扑以及各个节点的参量信息，例如节点的经度、纬度、高度、节点度信息、节点通信能力、邻节点对应的方向信息，除此之外还需收集和处理有关入网控制包con_pkt的接收工作；

(3)检测维护器模块MN，负责定期检测和维护路由信息、待入网编队发起节点信息、邻节点对应的方向信息以及全网节点位置信息；

(4)能力量化器模块QT，通过收集来的参数信息对节点能力状态参量进行计算，评估节点续航能力、被选择为入网发起节点以及下一跳节点的概率；

(5)本地信息存储器模块ST，存储本地信息，例如入网发起节点信息、邻节点位置信息表及对应天线方向信息、下一跳及上一跳节点路由信息等；

步骤4，标识节点能力状态信息

初始化过程中，根据参数、消息获取器模块GT通过感知以及通过信息包交互获取到的参数为编队中每个飞行器节点确定其能力状态信息，记第j个节点的状态信息记为T_jk，包括节点度a_j，节点能源信息b_j，节点数据处理能力c_j，其中,j∈[1,Q],k∈[1,3]，T_j1＝a_j,T_j2＝b_j,T_j3＝c_j；

步骤5，在能力量化模块对节点能力进行量化

根据步骤(2)标识的能力状态信息，定义节点综合性能参量为：

上式可作为待入网编队中入网发起节点的备选指标以及在进行入网控制包con_pkt交互寻路时路径和信息转发概率的选取依据，以进一步提高功能性节点与路径稳定性，减小入网重传概率，其中U_j表示第j个节点的能力参量，d_k表示能力状态参数T_jk所占权重，且满足

步骤6，根据步骤5中节点综合性能参量计算方法，构建全网节点能力可视图，如图4所示；

步骤7，入网决策器模块DC进行入网发起节点的选取，其中需要的参量信息均由参数、信息获取器模块提供，具体过程如图5所示。

(7a)定义编队内节点i与节点j之间的相对稳定因数其中表示节点i与节点j的相对速度大小，为节点i与节点j相对距离矢量，α与β分别表示和对节点间稳定因数γ的影响程度；

(7b)结合步骤5中定义的节点综合能力状态指标，则节点i选为发起节点的资格表征为：

其中c为常数，若节点r满足则选定节点r为待入网编队的入网发起节点，是实现与主拓扑进行入网控制包con_pkt交互的功能性主节点，除此之外在一些特定场景下还需要通过划分区域与本选取机制结合的方法进行入网发起节点的选取；

另外在一些特定场景下需要通过划分区域与选取机制结合的方法进行入网发起节点选取的具体过程如下：

(7a＇)根据场景需求将规模为πR²km²的待入网编队网络G按照等圆心角扇形分割的方式划定K个不同区域，各区域为以编队中心为圆心，圆心角大小为θ＝2πK的扇形；

(7b＇)在步骤6中构建的节点能力可视图上，根据需要入网的编队节点个数，在最靠近主拓扑的t个扇形区域中分别选取节点作为t个子区域中的入网发起节点，其他节点定位普通飞行器节点，其中1≤s≤t，k_s'表示该子区域s内的飞行器节点个数；

(7c＇)对各个节点进行角色role标记，并在编队内通过广播、转发与处理更新各个节点本地存储器模块中存储的本地信息，入网发起节点选取完毕；

以上的入网发起节点的选取机制能够在一定程度上保证发起节点的稳定性，解决其物理位置选取与功能位置不匹配的问题，可以减少入网过程中由于发起节点脱离网络或节点性能衰弱无法成功进行控制包con_pkt交互的情况，降低发起节点重新选取与入网控制包重传概率，进而提升入网效率与准确性。

步骤8，入网发起阶段的准备工作

待入网编队的飞行器节点通过参数、消息获取器模块GT向周围探测邻节点信息，并更新本地信息存储器中关于周围节点的地理位置location、运动方向的θ、γ角度、速度v以及承担的网络角色role、所属网络编队ID等信息，当主拓扑边缘节点处于待入网编队内节点的一跳范围内时，待入网编队更新本地信息存储器中关于边缘节点的位置方向速度信息以及自身节点到主拓扑边缘节点的中间节点信息，为入网申请包的交互提供路径选取依据。

步骤9，入口节点的确定

入网发起节点org_node产生携带本编队信息的入网申请包apply_pkt，并根据本地信息存储器模块ST记录的信息将申请包通过中间节点发送到主拓扑的边缘节点edges，此时边缘节点可为一个或多个，将其中把入网发起节点org_node的申请包转发至中控节点的边缘节点称为入口节点，入口节点的数量可基于线性反馈递增的方法进行确定，即首先选择一个边缘节点作为入网入口节点access，如果在规定的时间Δt内未能完成入网控制包的交互，则下一段时间重新发起入网可选择两个入口节点，依次递增；

步骤10，路径选取与维护

入网过程，包括控制包交互过程，包转发路径选择，路由信息的维护，主拓扑中负责管理入网的中控节点的选取以及交互过程中节点本地信息域的更新操作，具体如下：

(10a)确定入网入口节点后，需要确定主拓扑中管理入网过程的中控节点，具体如下：

(1)入口节点根据最小跳数选择主拓扑中管理其入网的中控节点，主拓扑F的邻接矩阵为D＝(d_ij)_n×m，d_ij表示节点从v_i路由到v_j所需要的最小跳数，最短距离矩阵可由基于地理位置信息的定向矢量“休眠”状态路由求得，待入网节点v_i选择中控u_j作为入网中控节点，则必须满足d(v_i,u_j)≤d(v_i,u_l),j,l≤K,l≠j,即通过最近的中控节点完成其入网操作。

(2)入网后的v_i包含在中控u_j的服务集合V_j中，即v_i∈V_j，u_j与服务集合V_j中节点间的最大距离为称为中控u_j的覆盖半径。

(10b)入网入口节点接收到入网申请包后，通过基于地理位置信息的“休眠”状态定向多路径寻路方式将申请包转发至主拓扑中控节点,寻路过程步骤如下：

(1)当待入网节点要发送入网请求时，根据节点本地信息域中的信息，以从本节点到对应中控节点的方向为轴线，按照60°～120°的角度范围向两侧画弧线，并结合节点单跳通信最远距离确定扇形区域；

(2)在该扇形区域内，将所有节点向轴线做投影，记录每个节点的投影位置与圆心之间的距离L_j，综合节点综合能力信息U_j定义下一跳备选指标k_j＝w₁·L_j+w₂·U_j,其中w₁和w₂分别表示投影距离L_j与节点综合能力U_j所占权重；

(3)设定阈值Tsh，将扇形区域中K_j＞Tsh的节点作为下一跳备选节点，并将其信息存储在本地信息存储器中，发出数据包，其中阈值的设定用于下一跳节点个数在网络拓扑规模、通信负载以及拓扑动态性之间影响下的自适应调整，实现权衡多路径条数和路由可靠性之间的权衡；

(4)中间节点在接收到上一跳节点转发来的控制包时，根据包序号判断是否以接受过，如果是，则直接销毁，若不是，则接受进行处理后回到步骤1，按照上述方式进行下一跳节点选取并进行控制包的转发，依次进行直到控制包传送到目的节点；

(5)下一跳信息维护，在初始建网阶段，每个节点每隔一段很短的预设时间，便要检测本节点到中控节点的下一跳是否在单跳通信范围内，若在，则不进行更新操作，等待下一周期再次进行检测，若不在，则按照以上方案重新选出到中控节点的下一跳节点；

(6)在网络趋于稳定，无节点离开或加入网络，可暂停下一跳信息的更新过程，即进入“休眠状态”，有少量节点需要加入或离开网络时，重新按照以上方法寻找和维护下一跳路由；

步骤11，主拓扑中控节点收到该编队入网申请包后，通过读取本地信息存储器中的原路径信息将入网应答包回传至编队中的入网发起节点org_node；

步骤12，入网应答信息的编队内告知过程

入网发起节点收到入网应答包后，广播通知包告知编队内节点有关入网信息和新拓扑信息，普通节点收到通知包后进行处理并按照概率p进行转发，其中概率p按以下过程进行确定：

(1)每个节点维护一个本地信息域，包含所有已交互信息的节点的地理位置信息，根据该信息可大致估算已入网节点的个数n和所组成网络的范围S，求得网络节点平均密度ρ＝n/S；

(2)定义第i个节点通信忙碌程度busy_i＝m_i/c_i，其中m_i表示节点正在处理的数据量，c_i表示节点数据处理能力；

(3)结合以上步骤所定义的节点综合性能指标U_j和以上两个步骤分别确定的节点密度信息ρ以及节点通信忙碌程度busy_i，确定信息转发概率p_i为：

其中α、β、γ分别为U_i、ρ和busy_i对应的参数影响因子，Θ为一个常量，对概率进行归一化处理，则转发概率确定完毕；

步骤13，直至所有节点根据通知包更新本地信息域，完成新拓扑节点信息存储后，编队入网过程结束，编队入网过程示意图如图9所示。

实施例2

基于飞行器编队的高效分层入网管理方法与设备同实施例1，下面结合具体场景对本发明中的全网节点能力可视图的构建方法做详细说明，参见图4。

如图为待入网编队的网络场景，在一个600km*600km的范围内有一个探测区域为πr²km²的飞行器编队FA，编队中有6个飞行器节点，那么为编队内节点标识能力状态变量，构建能力可视图的过程如图所示，具体步骤如下：

步骤1，进行参数初始化，标识节点能力状态信息

根据参数、消息获取器模块GT通过感知以及通过信息包交互获取到的参数为编队中每个飞行器节点确定其能力状态信息，记第j个节点的状态信息记为T_jk，包括节点度a_j，节点能源信息b_j，节点数据处理能力c_j，其中,j∈[1,6],k∈[1,3]，T_j1＝a_j,T_j2＝b_j,T_j3＝c_j,如图(4a)所示；

步骤2，在能力量化模块对节点能力进行量化

根据步骤1标识的能力状态信息，按照公式为每个编队飞行器节点计算综合性能参量，其中U_j表示第j个节点的能力参量，j∈[1,6]，d_k表示能力状态参数T_jk所占权重，且满足

步骤3，根据步骤2中计算出来的节点综合性能参量对网络节点进行标记，构建全网节点能力可视图，如图(4b)所示；

实施例3

基于飞行器编队的高效分层入网管理方法与设备同实施例1，下面结合具体场景对本发明中的入网发起节点org_node选取方法做详细说明。参见图5。

第一种场景：待入网编队规模小，编队中所有飞行器节点均需加入主拓扑网络协同完成指定任务；

场景描述：如图5为待入网编队的网络场景，在一个600km*600km的范围内有一个探测区域为πr²km²的飞行器编队FA，其中r＝25km，编队中有6个飞行器节点，节点一跳通信半径为rad＝20km,那么为待入网编队选取入网发起节点org_node的过程如图所示，具体步骤如下：

步骤1，由参数、信息获取器模块DC感知和获取相关参量信息，并存储于本地信息存储器模块ST；

步骤2，读取本地信息存储器模块ST中的信息，按照公式依次计算编队内节点i与节点j之间的相对稳定因数，其中，i∈[1,6],j∈[1,6]，表示节点i与节点j的相对速度大小，标识节点i与节点j相对距离矢量，α与β分别表示和对节点间稳定因数γ的影响程度，在此场景下暂且设定α＝0.5，β＝0.5，实际数值可根据实际通信场景和拓扑状态进行调整；

步骤3，结合步骤2中定义的节点综合能力状态指标，为每个节点计算发起节点竞选资格变量，其中节点i的竞选资格变量表征为其中c为常数，若节点r满足则选定节点r为待入网编队的入网发起节点org_node，如图5，选节点us₅为入网发起节点。

步骤4，对各个节点进行角色role标记，并在编队内通过广播、转发与处理更新各个节点本地存储器模块中存储的本地信息；

第二种场景：待入网编队规模较大，需要对编队划分子区域分别进行入网管理，或者是指定任务只需部分编队节点加入主拓扑网络完成融合，如图6所示；

场景描述：如图6为此场景下的待入网编队的网络，在一个600km*600km的范围内有一个探测区域为πr²km²的飞行器编队FA，其中r＝100km，编队中有15个飞行器节点，节点一跳通信半径为rad＝20km；

随着编队规模的扩大，通过以上的计算方式仅选取一个入网发起节点管理整个编队的入网会导致性能因为计算量呈指数型增大而逐渐恶化，使得选取节点的准确性降低和时延增大，除此之外，在一些特定的任务场景下仅需要编队的部分节点入网便可保证任务的顺利完成，未参与入网的剩余节点可在其原探测区域继续执行任务，这样可以减少不必要的资源浪费，同时提高任务并行执行的效率，因此，在这些场景下，可以对区域进行划分，然后在通过分析指定的子区域内按照如上方式进行发起节点选取和信息更新，从而到达降低区域管理和参数计算的规模，实现编队的多样化入网管理的目的，同时还可以减少入网管理信息交互产生的负载与成本。基于子区域划分的入网发起节点org_node选取过具体步骤如下：

步骤1，根据场景需求将规模为πr²km²的待入网编队网络FC按照等圆心角扇形分割的方式划定4个不同区域，各区域为以编队中心为圆心，圆心角大小为θ＝π2的扇形；

步骤2，根据任务指令分析需要进行入网的编队节点个数为6个，基于前面步骤构建的节点能力可视图，在最靠近主拓扑的2个扇形区域中分别选取节点作为这2个子区域中的入网发起节点，如图为节点us₁和节点us₅，其他节点定为普通飞行器节点，其中s∈[1,2]，k_s'表示该子区域s内的飞行器节点个数，在本场景下，k₁'＝3,k'₂＝4；

步骤3，对各个节点进行角色role标记，并在编队内通过广播、转发与处理更新各个节点本地存储器模块中存储的本地信息，入网发起节点选取完毕；

实施例4

基于飞行器编队的高效分层入网管理方法与设备同实施例1，下面结合具体场景对本发明中多路径的选取过程做详细说明。参见图7。为入网多路径选取的网络场景，M节点为待入网编队的入网发起节点，C节点为主拓扑中管理编队入网的中控节点，其他节点为路径中间节点，节点单跳通信范围为rad＝20km,那么结合地理位置信息、节点能力状态信息以及设置的阈值为发起节点M到中控节点C选取信息交互路径的过程如图所示，具体步骤如下：

步骤1，以M节点为圆心，以从本节点到C节点的方向为轴线，画一个以20km为半径，圆心角为100°的扇形区域；

步骤2，如图7所示，在该扇形区域内，将所有节点向轴线做投影，记录每个节点的投影位置与圆心之间的距离L_j，综合节点综合能力信息U_j定义下一跳备选指标K_j＝w₁·L_j+w₂·U_j,其中w₁和w₂分别表示投影距离L_j与节点综合能力U_j所占权重；

步骤3，设定阈值Tsh，将扇形区域中K_j＞Tsh的节点作为下一跳备选节点，并将其信息存储在本地信息存储器中，发出数据包；

步骤4，中间节点在接收到上一跳节点转发来的控制包时，根据包序号判断是否以接受过，如果是，则直接销毁，若不是，则接受进行处理后回到步骤1，按照上述方式进行下一跳节点选取并进行控制包的转发，依次进行直到控制包传送到目的节点；

如图8所示，根据以上的下一跳节点选取方式，得到多路径组合MC由路径P1(M,us₁,u₁,C)、路径P2(M,u₂,C)和路径P3(M,us₂,u₃,u₄,C)组成，count(MC)＝3为多路径组合中独立路径的数量，hop(Pj)为路径Pj的跳数，在这里hop(P1)＝4,hop(P2)＝3,hop(P3)＝5,其中u₂在接收到节点us₁、节点us₂和节点u₃转发来的入网申请包之前，已经接收到来自M节点的入网申请包，于是进行销毁，之后每个节点按照自己计算的路径依次转发入网申请包，直至控制包到达目的节点。

其中阈值的设定需要综合考虑通信环境、网络状态以及任务需求，以均衡传输负载与重传延时。如果阈值在合理限度内逐渐减小，可以在一定程度上增大控制包交互成功率，减小重传概率以及入网时延；但如果阈值继续减小，会导致路径过多，使得传输过程中网络负载增大，增加阻塞冲突概率，伴随入入网的重新发起而使得入网时延增大。导致入网控制包大量重传，增加入网时延。此处场景下，先将阈值设定为初值Tsh₀，而后根据网络状态、节点能力状态信息以及入网成功概率进行自适应调整，避免因阈值过大或过小而为入网性能带来的不利影响。

网络中的每个飞行器节点只存储下一跳信息而非整条路径信息，这样做可以减少节点存储的负担，同时减少整条路径的维护而产生的时延和成本开销。于是本发明中多路径的选取即为多个下一跳节点的选择，在没有获取整条路由信息的时候保证了中间转发路径的独立性，那么信息经由多路径P由起始点成功传到目的节点的概率相对于单路径或有重叠路径的传输成功概率更大，降低了因单节点拥塞导致信息交互失败的概率，同时避免了路径断裂以及控制包重复传输过程中不必要的成本消耗，增大了入网控制包交互成功率，降低编队入网认证时延。

实施例5

基于飞行器编队的高效分层入网管理方法与设备同实施例1，下面结合具体场景对本发明中编队的部分节点入网认证做详细说明，参见图9：

在一些特定的任务场景下仅需要编队的部分节点入网便可保证任务的顺利完成，未参与入网的剩余节点可在其原探测区域继续执行任务，这样可以减少不必要的资源浪费，同时提高任务并行执行的效率，因此，在这些场景下，可以对区域进行划分，然后在通过分析指定的子区域内按照如上方式进行发起节点选取和信息更新，从而到达降低区域管理和参数计算的规模，实现编队的多样化入网管理的目的，同时还可以减少入网管理信息交互产生的负载与成本，具体步骤如下：

步骤1，根据场景需求将规模为πr²km²的待入网编队网络FC按照等圆心角扇形分割的方式划定4个不同区域，各区域为以编队中心为圆心，圆心角大小为θ＝π/2的扇形；

步骤2，根据任务指令分析需要进行入网的编队节点个数为6个，基于前面步骤构建的节点能力可视图，在最靠近主拓扑的2个扇形区域中选取节点作为这2个子区域中的入网发起节点，其他节点定为普通飞行器节点，其中s∈[1,2]，k_s表示该子区域s内的飞行器节点个数，在本场景下，k_s＝7；

步骤3，对各个节点进行角色role标记，并在编队内通过广播、转发与处理更新各个节点本地存储器模块中存储的本地信息，入网发起节点选取完毕；

步骤4，入网发起节点通过与中控节点的信息交互和编队内信息广播，带领两个扇形区域内的7个飞行器节点完成入网操作，原编队中剩余节点自成编队，在原探测区域继续执行原来任务。

实施例6

基于飞行器编队的高效分层入网管理方法与设备同实施例1，下面结合具体场景对本发明中基于定向约束条件下的编队入网过程做详细说明。

由于分布式飞行器对传输距离要求高、能量有限、能源补给困难等特点以及定向天线可以增加传输距离、减少干扰、提高空间复用度，增大系统容量的优点，很多飞行器通信网络均已引入定向传输技术，除此之外很多任务场景和指令以及网络参数的特殊设定，使得节点只能向限定角度进行包的发送和接收，在定向约束下的飞行器入网过程为必要趋势。

在这里定向约束下的邻节点发现过程非本发明研究范围，因此在此引入已完成邻节点发现和地理位置信息存储的前提，即认为在编队入网阶段开始之前，认为基于定向发现机制而使得邻节点信息以及全网位置信息已经被确定，我们要完成的工作是保证在定向约束的条件下实现编队入网的可靠性和高效性，降低入网成本开销和时延，那么本发明中的入网方法的运行过程与之前步骤基本相同，区别在于下一跳节点选取中考虑方向约束，适当降低下一跳节点选取的阈值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种飞行器编队分层入网管理方法，其特征在于，所述飞行器编队分层入网管理方法包括：初始化飞行器编队网络参数；标识飞行器节点能力状态信息；利用节点能力状态信息定义节点综合性能参量指标；根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图；根据节点能力可视图结合地理位置区域考量选取编队入网发起节点；根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的控制信息交互；入网发起节点在收到入网应到后在编队内进行信息告知，使各个节点更新本地信息域，编队入网完成。

2.如权利要求1所述的飞行器编队分层入网管理方法，其特征在于，所述飞行器编队分层入网管理方法包括以下步骤：

(1)在面向任务驱动的场景下，飞行器编队接收地面站或卫星的测控指令飞往指定区域，向另一飞行器网络发起入网，将主动发起入网的飞行器编队称为待入网编队，将负责待入网编队认证管理的飞行器网络称为主拓扑；

(2)初始化飞行器网络参数，定义主拓扑中飞行器集合AC＝{u₁,u₂,...,u_i,...,u_R}，待入网编队中飞行器集合US＝{us₁,us₂,...,us_j,...,us_Q}，其中，u_i表示主拓扑中第i个飞行器节点，us_j表示待入网编队中第j个飞行器节点，i∈[1,R]，j∈[1,Q]，R为主拓扑中飞行器节点个数，Q为编队中飞行器节点个数；

(3)对网络中节点按照功能划分为5个模块，进行层次化管理，协同工作完成任务，其中5个模块分别为参数、消息获取器模块，入网决策器模块，监测维护器模块，能力量化模块，本地信息存储器模块；

(4)标识节点能力状态信息，初始化过程中，根据参数、消息获取器模块GT通过感知以及通过信息包交互获取到的参数为编队中每个飞行器节点确定其能力状态信息，记第j个节点的状态信息记为T_jk，包括节点度a_j，节点能源信息b_j，节点数据处理能力c_j，其中,j∈[1,Q],k∈[1,3]，T_j1＝a_j,T_j2＝b_j,T_j3＝c_j；

(5)在能力量化模块对节点能力进行量化，根据步骤(2)标识的能力状态信息，定义节点综合性能参量为：

作为待入网编队中入网发起节点的备选指标以及在进行入网控制包交互寻路时路径和信息转发概率的选取依据，其中U_j表示第j个节点的能力参量，d_k表示能力状态参数T_jk所占权重，且满足

(6)根据步骤(5)节点综合性能参量计算方法，构建全网节点能力可视图；

(7)在入网决策器模块DC进行入网发起节点的选取，其中需要的参量信息均由参数、信息获取器模块提供，定义编队内节点i与节点j之间的相对稳定因数其中表示节点i与节点j的相对速度大小，为节点i与节点j相对距离矢量，α与β分别表示和

对节点间稳定因数γ的影响程度，同时结合步骤(5)定义的节点综合能力状态指标，节点i选为发起节点的资格表征为：

其中c为常数，若节点r满足则选定节点r为待入网编队的入网发起节点；

(8)入网发起阶段，待入网编队的飞行器节点通过参数、消息获取器模块GT向周围探测邻节点信息，并更新本地信息存储器中关于周围节点的地理位置location、运动方向的θ、γ角度、速度v以及承担的网络角色role、所属网络编队ID信息；

(9)入网发起节点org_node产生携带本编队信息的入网申请包apply_pkt，并根据本地信息存储器模块ST记录的信息将申请包通过中间节点发送到主拓扑的边缘节点edges，边缘节点可为一个或多个，把入网发起节点org_node的申请包转发至中控节点的边缘节点称为入口节点，入口节点的数量可基于线性反馈递增的方法进行确定；首先选择一个边缘节点作为入网入口节点access，如果在规定的时间Δt内未能完成入网控制包的交互，则下一段时间重新发起入网可选择两个入口节点，依次递增；

(10)路径选取与维护，通过基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式进行下一跳节点选取与维护，将入网申请包经过中继节点转发至主拓扑中控节点，同时在进行转发过程中，将控制包到达中控节点的上一跳信息记录到本地信息存储器模块ST；

(11)主拓扑中控节点收到该编队入网申请包后，通过读取本地信息存储器中的原路径信息将入网应答包回传至编队中的入网发起节点；

(12)入网发起节点收到入网应答包后，广播通知包告知编队内节点有关入网信息和新拓扑信息，普通节点收到通知包后进行处理并按照根据网络密度和节点通信忙碌程度所确定的概率p进行转发；

(13)直至所有节点根据通知包更新本地信息存储器，完成新拓扑节点信息存储后，编队入网过程结束。

3.如权利要求2所述的飞行器编队分层入网管理方法，其特征在于，进行入网发起节点选取的具体过程包括：

(1)根据场景需求将规模为πR²km²的待入网编队网络G按照等圆心角扇形分割的方式划定K个不同区域，各区域为以编队中心为圆心，圆心角大小为θ＝2π/K的扇形；

(2)构建的节点能力可视图上，根据需要入网的编队节点个数，在最靠近主拓扑的t个扇形区域中分别选取节点作为t个子区域中的入网发起节点，其他节点定位普通飞行器节点，其中1≤s≤t，k′_s表示该子区域s内的飞行器节点个数；

(3)对各个节点进行角色role标记，并在编队内通过广播、转发与处理更新各个节点本地存储器模块中存储的本地信息。

4.如权利要求2所述的飞行器编队分层入网管理方法，其特征在于，入口节点转发入网发起节点的申请包至待入网节点进行入网的过程具体包括：

(1)入口节点确定后，网络通过基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式寻找和维护下一跳，并将路由信息储存在节点本地信息域内，完成入网控制信息的交互；

(2)入口节点根据最小跳数选择主拓扑中管理其入网的中控节点，主拓扑F的邻接矩阵为D＝(d_ij)_n×m，d_ij表示节点从v_i路由到v_j所需要的最小跳数，最短距离矩阵可由基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式求得，待入网节点v_i选择中控u_j作为入网中控节点，则满足d(v_i,u_j)≤d(v_i,u_l),j,l≤K,l≠j，通过最近的中控节点完成其入网操作；

(3)入网后的v_i包含在中控u_j的服务集合V_j中，v_i∈V_j，u_j与服务集合V_j中节点间的最大距离为称为中控u_j的覆盖半径。

5.如权利要求4所述的飞行器编队分层入网管理方法，其特征在于，基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式寻找和维护下一跳的具体包括：

(1)当待入网节点要发送入网请求时，根据节点本地信息域中的信息，以从本节点到对应中控节点的方向为轴线，按照60°～120°的角度范围向两侧画弧线，并结合节点单跳通信最远距离确定扇形区域；

(2)在该扇形区域内，将所有节点向轴线做投影，记录每个节点的投影位置与圆心之间的距离L_j，综合节点综合能力信息U_j定义下一跳备选指标K_j＝w₁·L_j+w₂·U_j,其中w₁和w₂分别表示投影距离L_j与节点综合能力U_j所占权重；

(3)设定阈值Tsh，将扇形区域中K_j>Tsh的节点作为下一跳备选节点，将其信息存储在本地信息存储器中，然后向其发出数据包，其中阈值Tsh的不同设定用于下一跳节点个数在网络拓扑规模、通信负载以及拓扑动态性之间影响下的自适应调整，实现多路径条数和路由可靠性之间的权衡；

(4)中间节点在接收到上一跳节点转发来的控制包时，根据包序号判断是否以接受过，如果是，则直接销毁，若不是，则接受进行处理后回到(1)，按照上述方式进行下一跳节点选取并进行控制包的转发，依次进行直到控制包传送到目的节点；

(5)下一跳信息维护，在初始建网阶段，每个节点每隔一段很短的预设时间，便要检测本节点到中控节点的下一跳是否在单跳通信范围内，若在，则不进行更新操作，等待下一周期再次进行检测，若不在，则按照以上方案重新选出到中控节点的下一跳节点；

(6)在网络趋于稳定无节点离开或加入网络时，将路径下一跳维护切换至“休眠”状态，暂停下一跳信息的更新过程，在有少量节点需要加入或离开网络时，重新按照已述方法寻找和维护下一跳路由。

6.如权利要求2所述的飞行器编队分层入网管理方法，其特征在于，信息转发概率的确定具体包括：

(1)每个节点维护一个本地信息域，包含所有已交互信息的节点的地理位置信息，根据信息估算网络节点个数n和所组成网络的覆盖面积S，求得网络节点平均密度ρ＝n/S；

(2)定义第i个节点通信忙碌程度busy_i＝m_i/c_i，其中m_i表示节点正在处理的数据量，c_i表示节点数据处理能力；

(3)结合节点综合性能指标U_j确定的节点密度信息ρ以及节点通信忙碌程度busy_i，确定信息转发概率p_i为：

其中α、β、γ分别为U_i、ρ和busy_i对应的参数影响因子，Θ为一个常量，对概率进行归一化处理。

7.一种如权利要求1所述的飞行器编队分层入网管理方法的飞行器编队分层入网管理系统，其特征在于，所述飞行器编队分层入网管理系统包括：

初始化模块，用于初始化无人机编队网络参数；

标识模块，用于标识无人机节点能力状态信息；

节点定义模块，用于综合节点参数信息定义节点综合性能参量指标；

指标构建模块，用于根据综合性能参量指标构建全网节点能力可视图；

选取模块，用于根据节点能力可视图结合地理位置区域优先的方法选取编队入网发起节点；

信息交互模块，用于根据最小跳数原则以及基于地理位置信息的“休眠”状态多路径寻路方式完成入网发起节点与主拓扑中控节点的入网控制信息交互；

更新模块，用于入网发起节点进行编队内信息告知，各个节点更新本地信息域操作，编队入网完成。

8.如权利要求7所述的的飞行器编队分层入网管理系统，其特征在于，所述节点定义模块进一步包括：

入网决策器模块，负责进行场景判断，对合适的入网策略进行决策，协调各个模块的工作，进行宏观上的流程化调控；

参数、消息获取器模块，负责收集网络拓扑以及各个节点的参量信息，例如节点的经度、纬度、高度、节点度信息、节点通信能力、邻节点对应的方向信息，除此之外还需收集和处理有关入网控制包的接收工作；

检测维护器模块，负责定期检测和维护路由信息、待入网编队发起节点信息、邻节点对应的方向信息以及全网节点位置信息；

能力量化器模块，通过收集来的参数信息对节点能力状态参量进行计算，评估节点续航能力、被选择为入网发起节点以及下一跳节点的概率；

本地信息存储器模块，存储本地信息，例如入网发起节点信息、邻节点位置信息表及对应天线方向信息、下一跳及上一跳节点路由信息。

9.一种应用权利要求1～6任意一项所述飞行器编队分层入网管理方法的飞行器。