CN112099530A - 一种抗毁伤的集群无人机中心机动态确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗毁伤的集群无人机中心机动态确定方法，所述集群无人机中一架无人机为中心节点，所述中心节点附近的无人机为备选节点，集群无人机中除中心节点和备选节点外的无人机为终端节点，所述终端节点或备选节点发往中心节点的数据中包含信息位，所述信息位包含所述终端节点或备选节点发往中心节点过程中经过所有终端节点和备选节点的时延；中心节点偏离无人机集群拓扑图中央，备选节点正处于更靠近拓扑图中央的位置，中心节点的身份会马上移交给靠近拓扑图中央的备选节点，可以使中心节点始终处于无人机集群的拓补图中央，达到减少通信链路时延，减轻通信链路转发压力，使无人机集群的通信效率和决策效率始终处于最优状态的目的。

Description

一种抗毁伤的集群无人机中心机动态确定方法

技术领域

本发明属于无人机集群控制技术领域，尤其涉及一种抗毁伤的集群无人机中心机动态确定方法。

背景技术

在军事领域，无人机集群在攻击目标、侦察情报、后勤保障等方面都有着巨大的军事价值。但是无人机集群也有着自己的弱点：现在常见的无人机集群的编组系统是中心式，由一架中心节点机负责指挥任务，向其他无人机下达命令并接收其他无人机反馈的信息，此类编组系统决策效率高，指挥结构简单，数据传输量小，响应速度快，但是，一旦中心节点机出现故障或被击毁，整个集群将会瘫痪，无法继续执行任务；另一种无人机集群编组系统是无中心式，集群内没有关键的中心节点机，命令由多架无人机共同决策，此类编组系统容错性高，有很高的抗毁伤能力，但是无中心的共同决策程序导致决策效率低下，同时数据的相互转发产生大量冗余数据，造成通信拥塞，严重影响通信效率，进而影响任务执行效率。

中心式和无中心式两种编组系统都有各自的弱点，在战场上，这些弱点必然会被敌人利用，成为反制无人机集群的方法。现在军事领域急需一种能兼顾决策效率和高抗毁伤能力的无人机集群编组系统，使无人机集群可以应对恶劣且复杂多变的战场环境。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种中心节点可动态转移的无人机集群编组方法，使无人机集群的中心节点可以在集群中快速转移，使无人机集群同时拥有高决策效率和高抗毁伤能力。

本发明是这样实现的，一种抗毁伤的集群无人机中心机动态确定方法，其中，无人机集群中央有一架无人机被定义为中心节点，中心节点的作用是给其他所有无人机下达命令，并接收其他所有无人机反馈的信息，中心节点附近有数架无人机被定义为备选节点，除中心节点和备选节点之外的无人机都被定义为终端节点。

中心节点只能与备选节点直接通信，备选节点可以与中心节点直接通信，也可以与终端节点直接通信，终端节点可以与备选节点直接通信，也可以与其他终端节点直接通信，终端节点必须通过备选节点中继才可以与中心节点通信。

终端节点和备选节点发往中心节点的数据中包含一个信息位，信息位的格式为a(num,t)＝{[num1,num2…][t1,t2…]}，其中num为该终端节点或备选节点发往中心节点过程中经过的所有终端节点和备选节点的编号，t为相对应的中继跳点的时延。

中心节点收到所有备选节点发来的信息位后，将所有信息位的所有时延求和得出一个总时延，再将所有的信息位逐个发送给所有备选节点，每一个备选节点接收到所有的信息位后，经由该备选节点中继的信息位减去从该备选节点发往中心节点的时延，其余信息位加上从中心节点发往该备选节点的时延，然后将所有信息位的所有时延求和得出一个总时延。

系统定时对中心节点和所有备选节点的总时延进行对比，如果现任中心节点的总时延最小，则现任中心节点继续担任中心节点，如果某一备选节点的总时延最小，则该备选节点升级为中心节点，现任中心节点降级为备选节点。

如果中心节点被击毁或者出现故障，幸存的备选节点在接收不到中心节点发出的信号的情况下，或者接收到中心节点发出的主动退位的指令的情况下，判定中心节点被击毁或出现故障，幸存的所有备选节点进行总时延比较，总时延最小的备选节点升级为中心节点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一旦中心节点偏离无人机集群拓扑图中央，而某架备选节点正处于更靠近拓扑图中央的位置，中心节点的身份会马上移交给靠近拓扑图中央的备选节点，这样可以使中心节点始终处于无人机集群的拓补图中央，从而达到减少通信链路时延，减轻通信链路转发压力，使无人机集群的通信效率和决策效率始终处于最优状态的目的。如果中心节点被击毁或出现故障，无人机集群会自动选出幸存无人机中最适合做中心节点的无人机，不仅使无人机集群拥有了抗毁伤能力，还能使无人机集群在受到损毁的情况下依然保持力所能及的最高通信效率和决策效率。

附图说明

图1为本发明中集群无人机中心机动态确定系统示意图；

图中：1-第一无人机、2-第二无人机、3-第三无人机、4-第四无人机、5-第五无人机、6-第六无人机、7-第七无人机、8-第八无人机。

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，以下结合附图及实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，无人机机群中有8架无人机，设初始状态中，第一无人机1为中心节点，第二无人机2、第三无人机3、第四无人机4为备选节点，第五无人机5、第六无人机6、第七无人机7、第八无人机8为终端节点。

第八无人机8向第一无人机1发送信息要依次经过第六无人机6、第二无人机2，信息位为a8＝{[num8，num6，num2][t8，t6，t2]}；

第七无人机7向第一无人机1发送信息要依次经过第六无人机6、第二无人机2，信息位为a7＝{[num7，num6，num2][t7，t6，t2]}；

第六无人机6向第一无人机1发送信息要经过第二无人机2，信息位为a6＝{[num6，num2][t6，t2]}；

第二无人机2向第一无人机1发送信息的信息位为a2＝{[num2][t2]}；

第五无人机5向第一无人机1发送信息要经过第三无人机3，信息位为a5＝{[num5，num3][t5，t3]}；

第三无人机3向第一无人机1发送信息的信息位为a3＝{[num3][t3]}；

第四无人机4向第一无人机1发送信息的信息位为a4＝{[num4][t4]}；

第一无人机1的总时延为[4t2+3t6+2t3+t8+t7+t5+t4]。

第一无人机1将a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8分别发送给第二无人机2、第三无人机3、第四无人机4。

第二无人机2将经由自己中继的信息位减去从自己发往第一无人机1的时延，既a2、a6、a7、a8均减去t2，其余信息位加上从第一无人机1发往第二无人机2的时延，既a3、a4、a5均加上t2’，第二无人机2的总时延为[3t6+2t3+t8+t7+t5+t4+3t2’]。

第三无人机3将经由自己中继的信息位减去从自己发往第一无人机1的时延，既a3、a5均减去t3，其余信息位加上从第一无人机1发往第三无人机3的时延，既a2、a4、a6、a7、a8均加上t3’，第三无人机3的总时延为[4t2+3t6+t8+t7+t5+t4+5t3’]。

第四无人机4将经由自己中继的信息位减去从自己发往第一无人机1的时延，既a4减去t4，其余信息位加上从第一无人机1发往第四无人机4的时延，既a2、a3、a5、a6、a7、a8均加上t4’，第四无人机4的总时延为[4t2+3t6+2t3+t8+t7+t5+6t4’]。

定时对第一无人机1、第二无人机2、第三无人机3、第四无人机4的总时延进行对比：

如果第一无人机1总时延最小，则第一无人机1继续担任中心节点；

如果第二无人机2总时延最小，则第一无人机1降级为备选节点，第二无人机2升级为中心节点；

如果第三无人机3总时延最小，则第一无人机1降级为备选节点，第三无人机3升级为中心节点；

如果第四无人机4总时延最小，则第一无人机1降级为备选节点，第四无人机4升级为中心节点。

如果第一无人机1被击毁或发生故障，第二无人机2、第三无人机3、第四无人机4无法收到第一无人机1发出的信息，或者第一无人机1主动发出转让中心节点的指令，则第二无人机2、第三无人机3、第四无人机4中总时延最小的无人机升级为中心节点。

本发明的工作原理详细分析如下：系统以总时延作为判断无人机是否处在集群拓扑图中心位置的依据，总时延最小的无人机，说明正处在集群拓扑图中心位置，以总时延最小的无人机为中心节点，整个集群所有无人机的总通信时间成本就可以达到最小。系统定时对中心节点和所有备选节点的总时延进行比较，选择总时延最小的无人机作为中心节点，这样就可以在任何时候保证处在集群拓扑图中心的无人机成为中心节点，使集群的通信效率和决策效率保持最高。即使中心节点发生故障或被击毁，系统可以选择幸存备选节点中总时延最小的无人机接任中心节点，使集群的通信效率和决策效率在力所能及的情况下保持最高。

以上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 (4)

1.一种抗毁伤的集群无人机中心机动态确定方法，所述集群无人机中一架无人机为中心节点，所述中心节点附近的无人机为备选节点，集群无人机中除中心节点和备选节点外的无人机为终端节点，其特征在于：

所述终端节点或备选节点发往中心节点的数据中包含信息位，所述信息位包含所述终端节点或备选节点发往中心节点过程中经过所有终端节点和备选节点的时延；

所述中心节点收到所有备选节点发来的信息位后，将信息位的所有时延求和得出中心节点的总时延，并将信息位逐个发送给所有备选节点；

每个备选节点接收到所有信息位后，将经由该备选节点中继的信息位中包含的时延分别减去从该备选节点发往中心节点的时延，剩余信息位中包含的时延加上从中心节点发往该备选节点的时延，最后将所有时延求和得出该备选节点的总时延；

定时将所述中心节点和所有备选节点的总时延进行对比，若现任中心节点的总时延最小，则现任中心节点继续担任中心节点；若某一备选节点的总时延最小，则该备选节点升级为中心节点，现任中心节点降级为备选节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述中心节点与所述备选节点之间直接通信，所述备选节点与所述终端节点之间直接通信，多个所述终端节点之间直接通信，所述终端节点与所述中心节点通过所述备选节点进行通信。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所有备选节点接收不到中心节点发出的数据，或者接收到中心节点发出的数据中包含主动退位指令，所有备选节点进行总时延比较，总时延最小的备选节点升级为中心节点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述信息位还包含所述终端节点或备选节点发往中心节点过程中经过所有终端节点和备选节点的编号。

Images