CN110401620A - 一种无人机集群区块链通讯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机集群区块链通讯方法，包括集群无人机，所述集群无人机与区块单元实现双向连接，所述集群无人机与共享信息收集模块实现双向连接，且集群无人机分别与新区块创建系统和DPOS算法处理模块实现双向连接，所述新区块创建系统与DPOS算法处理模块实现双向连接，且新区块创建系统与共享信息收集模块实现双向连接，涉及无人机通讯技术领域。该无人机集群区块链通讯方法，很好的避免了无人机集群在执行任务中，发生信息时延和网络中断，使无人机处于失联状态的情况发生，实现了利用区块链通讯技术依然保证无人机的指令正确执行，避免了无人机集群的共享信息被撰改破坏的情况发生，大大提高了信息和控制的安全性。

Description

一种无人机集群区块链通讯方法
技术领域
本发明涉及无人机通讯技术领域，具体为一种无人机集群区块链通讯方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用，军用方面，无人机分为侦察机和靶机，目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄和制造浪漫等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术，无人机通信技术是无人机开发中的重点技术之一，无人机的使用范围可以从遥控发展到自主控制，作为无人机系统重要组成部分的通信技术，随着信息技术的发展必将使其不断完善和提高。
目前的无人机集群在执行任务中，发生信息时延、网络中断、甚至存在恶意故意要破坏系统，使无人机处于失联状态，不能实现利用区块链通讯技术依然保证无人机的指令正确执行，无法避免无人机集群的共享信息被撰改破坏的情况发生，大大降低了信息和控制的安全性，不能保证无人机集群在飞行中的集群通讯安全和集群的控制安全。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种无人机集群区块链通讯方法，解决了不能实现利用区块链通讯技术依然保证无人机的指令正确执行，无法避免无人机集群的共享信息被撰改破坏的情况发生，不能保证无人机集群在飞行中的集群通讯安全和集群的控制安全的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种无人机集群区块链通讯方法，包括集群无人机，所述集群无人机与区块单元实现双向连接，所述集群无人机与共享信息收集模块实现双向连接，且集群无人机分别与新区块创建系统和DPOS算法处理模块实现双向连接，所述新区块创建系统与DPOS算法处理模块实现双向连接，且新区块创建系统与共享信息收集模块实现双向连接，所述新区块创建系统包括共享信息整合模块、区块创建模块和区块发送模块，所述共享信息整合模块的输出端与区块创建模块的输入端连接，且区块创建模块的输出端与区块发送模块的输入端连接。
优选的，所述集群无人机由N个无人机节点组成，所述区块单元由N个区块链组成，且N个区块链与N个无人机节点之间实现双向连接。
优选的，所述集群无人机与区块分析系统实现双向连接，且集群无人机与控制中心实现双向连接。
优选的，所述区块分析系统包括区块确认模块和确认结果发送模块，所述区块确认模块的输出端确认结果发送模块的输入端连接。
优选的，所述集群无人机与PBFT算法处理模块实现双向连接，且PBFT算法处理模块与区块分析系统实现双向连接。
优选的，所述集群无人机与POS权益证算法处理模块实现双向连接，且集群无人机与内网通讯模块实现双向连接。
优选的，所述集群无人机与时间戳服务器实现双向连接，且集群无人机与区块有效性验证模块实现双向连接。
本发明公开了一种无人机集群区块链通讯方法，具体包括以下步骤：
S1、先通过内网通讯模块在整个集群无人机之间和集群无人机与控制中心之间通过P2P协议建立信息交换网络，然后控制中心进行系统初始化，控制中心会产生第一个创世块，并将创世块放入区块单元的N个区块链中；
S2、集群无人机可通过时间戳服务器识别出一个随机时间间隔，并通过共享信息收集模块将集群无人机中的每个无人机节点收集的信息进行串联，再将串联出的信息进行共享广播；
S3、每一个无人机节点都将收到的信息纳入一个区块中，通过DPOS算法处理模块随机选举出leader节点，leader节点会通过新区块创建系统内的区块创建模块创建出一个新的区块，新区块创建系统内的共享信息整合模块会对共享信息收集模块广播的共享信息进行整合，并将整合的共享信息放入新建的区块内，新区块创建系统内的区块发送模块将新建的区块进行全网广播；
S4、之后集群无人机中的每个无人机节点都会通过区块有效性验证模块进行有效性验证，当且仅当包含在该区块中的所有信息都是有效的且之前未存在过的，无人机节点才认同该区块的有效性；
S5、再通过PBFT算法处理模块在整个集群无人机选举出第3f+1个无人机节点为辅助leader节点，辅助leader节点会通过区块分析系统内的区块确认模块对新区块进行确认，确认完成后，辅助leader节点可通过确认结果发送模块向全网广播确认结果；
S6、之后通过POS权益征算法处理模块对整个集群无人机中各无人机节点对新创建的区块进行分析，若达成共识会更新各自的区块链副本，之后新的leader节点产生，则是在跟随该区块的末尾，制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机散列值视为先于新区快的随机散列值。
(三)有益效果
本发明提供了一种无人机集群区块链通讯方法。具备以下有益效果：
(1)、该无人机集群区块链通讯方法，通过在集群无人机与区块单元实现双向连接，且集群无人机与共享信息收集模块实现双向连接，集群无人机分别与新区块创建系统和DPOS算法处理模块实现双向连接，且新区块创建系统与DPOS算法处理模块实现双向连接，再分别通过共享信息收集模块、共享信息整合模块、区块创建模块、区块发送模块、无人机节点和区块链的配合设置，很好的避免了无人机集群在执行任务中，发生信息时延、网络中断、甚至存在恶意故意要破坏系统，使无人机处于失联状态的情况发生，实现了利用区块链通讯技术依然保证无人机的指令正确执行，避免了无人机集群的共享信息被撰改破坏的情况发生，大大提高了信息和控制的安全性，很好的保证了无人机集群在飞行中的集群通讯安全和集群的控制安全。
(2)、该无人机集群区块链通讯方法，通过在集群无人机与区块分析系统实现双向连接，且PBFT算法处理模块()与区块分析系统()实现双向连接，再通过在区块分析系统包括区块确认模块和确认结果发送模块，可实现通过根据PBFT算法对全网3f+1的节点对块进行确认，并对广播确认的结果。
(3)、该无人机集群区块链通讯方法，通过在集群无人机与时间戳服务器实现双向连接，可实现对以区块形式存在的一组数据实施随机散列而加上时间戳，并将该随机散列进行广播，每个时间戳应当将前一个时间戳纳入其随机散列值中，每一个随后的时间戳都对之前的一个时间戳进行增强，这样就形成了一个链条，保证信息的完整性和不可撰改性。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理框图；
图2为本发明新区块创建系统的结构原理框图；
图3为本发明区块分析系统的结构原理框图。
图中，1集群无人机、2区块单元、3共享信息收集模块、4新区块创建系统、41共享信息整合模块、42区块创建模块、43区块发送模块、5DPOS算法处理模块、6无人机节点、7区块链、8区块分析系统、81区块确认模块、82确认结果发送模块、9控制中心、10PBFT算法处理模块、11POS权益证算法处理模块、12内网通讯模块、13时间戳服务器、14区块有效性验证模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例提供一种技术方案：一种无人机集群区块链通讯方法，包括集群无人机1，集群无人机1与区块单元2实现双向连接，集群无人机1与共享信息收集模块3实现双向连接，所有无人机都需要将自己信息共享给其他无人机，共享信息的方式，就是在区块中写入自己的信息，且集群无人机1分别与新区块创建系统4和DPOS算法处理模块5实现双向连接，DPOS算法是一种选举类算法，新区块创建系统4与DPOS算法处理模块5实现双向连接，且新区块创建系统4与共享信息收集模块3实现双向连接，新区块创建系统4包括共享信息整合模块41、区块创建模块42和区块发送模块43，共享信息整合模块41的输出端与区块创建模块42的输入端连接，且区块创建模块42的输出端与区块发送模块43的输入端连接。
本发明中，集群无人机1由N个无人机节点6组成，区块单元2由N个区块链7组成，且N个区块链7与N个无人机节点6之间实现双向连接，每台无人机都分配一个地址，地址由公钥经过一系列hash及编码运算后生成的字符串对账户地址串进行Base58Check编码，并添加前导字节和四字节校验字节，以提高可读性和准确性。
本发明中，集群无人机1与区块分析系统8实现双向连接，且集群无人机1与控制中心9实现双向连接。
本发明中，区块分析系统8包括区块确认模块81和确认结果发送模块82，区块确认模块81的输出端确认结果发送模块82的输入端连接。
本发明中，集群无人机1与PBFT算法处理模块10实现双向连接，且PBFT算法处理模块10与区块分析系统8实现双向连接，PBFT算法为随机选择性算法，可对一组对象进行快速随机选择。
本发明中，集群无人机1与POS权益证算法处理模块11实现双向连接，且集群无人机1与内网通讯模块12实现双向连接，第一条信息一定是控制中心9发出，也就是区块链7的第一个区块信息，保证任何条件下，控制中心9的命令不会被撰改，网通讯模块12是采用P2P协议进行信息交换，保证信息的可靠、快速的交换，POS权益为面对面传输，实现下载和上传同时进行。
本发明中，集群无人机1与时间戳服务器13实现双向连接，且集群无人机1与区块有效性验证模块14实现双向连接，时间戳服务器13通过对以区块形式存在的一组数据实施随机散列而加上时间戳，并将该随机散列进行广播，每个时间戳应当将前一个时间戳纳入其随机散列值中，每一个随后的时间戳都对之前的一个时间戳进行增强，这样就形成了一个链条，保证信息的完整性和不可撰改性。
本发明公开了一种无人机集群区块链通讯方法，具体包括以下步骤：
S1、先通过内网通讯模块12在整个集群无人机1之间和集群无人机1与控制中心9之间通过P2P协议建立信息交换网络，然后控制中心9进行系统初始化，控制中心9会产生第一个创世块，并将创世块放入区块单元2的N个区块链7中；
S2、集群无人机1可通过时间戳服务器13识别出一个随机时间间隔，并通过共享信息收集模块3将集群无人机1中的每个无人机节点6收集的信息进行串联，再将串联出的信息进行共享广播；
S3、每一个无人机节点6都将收到的信息纳入一个区块中，通过DPOS算法处理模块5随机选举出leader节点，leader节点会通过新区块创建系统4内的区块创建模块42创建出一个新的区块，新区块创建系统4内的共享信息整合模块41会对共享信息收集模块3广播的共享信息进行整合，并将整合的共享信息放入新建的区块内，新区块创建系统4内的区块发送模块43将新建的区块进行全网广播；
S4、之后集群无人机1中的每个无人机节点6都会通过区块有效性验证模块14进行有效性验证，当且仅当包含在该区块中的所有信息都是有效的且之前未存在过的，无人机节点6才认同该区块的有效性；
S5、再通过PBFT算法处理模块10在整个集群无人机1选举出第3f+1个无人机节点6为辅助leader节点，辅助leader节点会通过区块分析系统8内的区块确认模块81对新区块进行确认，确认完成后，辅助leader节点可通过确认结果发送模块82向全网广播确认结果；
S6、之后通过POS权益征算法处理模块11对整个集群无人机1中各无人机节点6对新创建的区块进行分析，若达成共识会更新各自的区块链7副本，之后新的leader节点产生，则是在跟随该区块的末尾，制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机散列值视为先于新区快的随机散列值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种无人机集群区块链通讯方法，包括集群无人机(1)，其特征在于：所述集群无人机(1)与区块单元(2)实现双向连接，所述集群无人机(1)与共享信息收集模块(3)实现双向连接，且集群无人机(1)分别与新区块创建系统(4)和DPOS算法处理模块(5)实现双向连接，所述新区块创建系统(4)与DPOS算法处理模块(5)实现双向连接，且新区块创建系统(4)与共享信息收集模块(3)实现双向连接，所述新区块创建系统(4)包括共享信息整合模块(41)、区块创建模块(42)和区块发送模块(43)，所述共享信息整合模块(41)的输出端与区块创建模块(42)的输入端连接，且区块创建模块(42)的输出端与区块发送模块(43)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于：所述集群无人机(1)由N个无人机节点(6)组成，所述区块单元(2)由N个区块链(7)组成，且N个区块链(7)与N个无人机节点(6)之间实现双向连接。
3.根据权利要求1所述的一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于：所述集群无人机(1)与区块分析系统(8)实现双向连接，且集群无人机(1)与控制中心(9)实现双向连接。
4.根据权利要求3所述的一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于：所述区块分析系统(8)包括区块确认模块(81)和确认结果发送模块(82)，所述区块确认模块(81)的输出端确认结果发送模块(82)的输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于：所述集群无人机(1)与PBFT算法处理模块(10)实现双向连接，且PBFT算法处理模块(10)与区块分析系统(8)实现双向连接。
6.根据权利要求1所述的一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于：所述集群无人机(1)与POS权益证算法处理模块(11)实现双向连接，且集群无人机(1)与内网通讯模块(12)实现双向连接。
7.根据权利要求1所述的一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于：所述集群无人机(1)与时间戳服务器(13)实现双向连接，且集群无人机(1)与区块有效性验证模块(14)实现双向连接。
8.一种无人机集群区块链通讯方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、先通过内网通讯模块(12)在整个集群无人机(1)之间和集群无人机(1)与控制中心(9)之间通过P2P协议建立信息交换网络，然后控制中心(9)进行系统初始化，控制中心(9)会产生第一个创世块，并将创世块放入区块单元(2)的N个区块链(7)中；
S2、集群无人机(1)可通过时间戳服务器(13)识别出一个随机时间间隔，并通过共享信息收集模块(3)将集群无人机(1)中的每个无人机节点(6)收集的信息进行串联，再将串联出的信息进行共享广播；
S3、每一个无人机节点(6)都将收到的信息纳入一个区块中，通过DPOS算法处理模块(5)随机选举出leader节点，leader节点会通过新区块创建系统(4)内的区块创建模块(42)创建出一个新的区块，新区块创建系统(4)内的共享信息整合模块(41)会对共享信息收集模块(3)广播的共享信息进行整合，并将整合的共享信息放入新建的区块内，新区块创建系统(4)内的区块发送模块(43)将新建的区块进行全网广播；
S4、之后集群无人机(1)中的每个无人机节点(6)都会通过区块有效性验证模块(14)进行有效性验证，当且仅当包含在该区块中的所有信息都是有效的且之前未存在过的，无人机节点(6)才认同该区块的有效性；
S5、再通过PBFT算法处理模块(10)在整个集群无人机(1)选举出第3f+1个无人机节点(6)为辅助leader节点，辅助leader节点会通过区块分析系统(8)内的区块确认模块(81)对新区块进行确认，确认完成后，辅助leader节点可通过确认结果发送模块(82)向全网广播确认结果；
S6、之后通过POS权益征算法处理模块(11)对整个集群无人机(1)中各无人机节点(6)对新创建的区块进行分析，若达成共识会更新各自的区块链(7)副本，之后新的leader节点产生，则是在跟随该区块的末尾，制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机散列值视为先于新区快的随机散列值。
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