CN112787710A - 基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法和装置 - Google Patents

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CN112787710A CN202110148604.0A CN202110148604A CN112787710A CN 112787710 A CN112787710 A CN 112787710A CN 202110148604 A CN202110148604 A CN 202110148604A CN 112787710 A CN112787710 A CN 112787710A
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Abstract

本申请涉及一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法和装置。首先确定无人机集群中的源节点和目标节点，然后由源节点通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。目的节点通过回溯天线接收RTS帧，选择源节点和目标节点间的公共空闲信道，生成CTS帧并通过回溯天线的各个定向波束轮询发送。源节点根据CTS帧更新本地波束信道数据，并根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧并发送。目标节点根据收到的RES帧更新本地波束信道数据。随后根据源节点和目标节点的本地波束信道数据进行无人机集群组网。本申请可以解决无人机集群中的干扰、隐藏终端、耳聋等问题，够提高频率资源的重用性和集群网络的传输性能，降低网络干扰。

Description

基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法和装置
技术领域
本申请涉及无人机集群组网技术领域，特别是涉及一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法和装置。
背景技术
无人机集群技术发展迅速，无人机网络中节点数量不断增加，节点密度越来越大。在大规模无人机集群网络中，无人机的通信需要适应冲突、干扰、窃听等复杂的电磁环境。同时，由于数据量太大，无人机集群通信中网络资源的竞争和干扰非常激烈。因此，提高网络资源复用性、高效地进行资源调度、降低通信链路间的干扰等问题的研究对提高大规模无人机集群网络的网络性能具有重要意义。
目前在无人机网络中的数据传输大多基于全向通信，这种方式存在以下几方面的缺点：第一，由于无人机平台由于其资源受限的特点，平台搭载的全向天线的传输距离较短，限制了无人机网络的覆盖能力。第二，随着无人机数量和密度的增加，网络中信道和受到干扰的可能性也急剧上升，限制了无人机网络的编队性能。第三，基于全向通信的无人机网络的保密性较差，并且容易受到外界信号的干扰，系统的安全性不高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高网络覆盖能力、抗干扰性能和保密性能的，基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法和装置。
一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法，所述方法包括：
确定无人机集群中的源节点和目标节点。
由源节点：
根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。
接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据。
根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。
由目标节点：
通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据。
根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧。
接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。
根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
其中一个实施例中，还包括，由目标节点的相邻节点：
通过回溯天线接收CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新目标节点的相邻节点的本地波束信道数据。
其中一个实施例中，还包括，由源节点的相邻节点：
通过回溯天线接收RES帧，根据述RES帧和接收所述RES帧的定向波束，更新所述源节点的相邻节点的本地波束信道数据。
其中一个实施例中，确定无人机集群中的源节点和目标节点的方式包括：
在预设的控制时间窗口中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道。
将接入控制信道的无人机节点作为源节点，将未接入控制信道的无人机节点作为目标节点。
其中一个实施例中，所述方法还包括：
在预设的数据传输时间窗口中，由源节点和或目标节点使用预先建立的信道传输任务数据。
其中一个实施例中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道的方式包括：
由无人机节点基于802.11DCF机制接入预设的控制信道。
其中一个实施例中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道的方式包括：
根据二进制随机退避算法得到无人机节点竞争接入控制信道的尝试间隔时间。
一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网装置，所述装置包括：
节点设置模块，用于确定无人机集群中的源节点和目标节点。
源节点RTS帧发送模块，用于根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。
源节点信道数据更新模块，用于接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据。
源节点RES帧发送模块，用于根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。
目标节点信道选择模块，用于通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据。
目标节点CTS帧发送模块，用于根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧。
目标节点信道数据更新模块，用于接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。
组网模块，用于根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
确定无人机集群中的源节点和目标节点。
由源节点：
根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。
接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据。
根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。
由目标节点：
通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据。
根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧。
接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。
根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
确定无人机集群中的源节点和目标节点。
由源节点：
根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。
接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据。
根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。
由目标节点：
通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据。
根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧。
接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。
根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
与现有技术相比，上述一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法、装置、计算机设备和存储介质，首先确定无人机集群中的源节点和目标节点，然后由源节点：根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧；接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据；根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。由目标节点：通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据；根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧；接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。随后根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。本申请利用了回溯天线能量集中、传输范围远、功耗低等优势，结合定向传输的特点设计了相应的信道建立和波束信道数据更新方式，可以解决定向通信中的干扰、隐藏终端、耳聋等问题，能够提高无人机集群中频率资源的重用性和集群网络的传输性能，降低网络中的干扰。
附图说明
图1为一个实施例中一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法的步骤图；
图2为一个实施例中一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法的流程示意图；
图3为一个实施例中的信道结构示意图；
图4为一个实施例中无人机节点进行控制信道竞争的流程示意图；
图5为另一个实施例中回溯天线传输模型示意图；
图6为各个协议在不同数据包到达速率下的吞吐量曲线图；
图7为各个协议在不同数据包到达速率下的传包成功率曲线图；
图8为各个协议在不同节点规模下的传包成功率曲线图；
图9为各个协议在在不同节点规模下的延迟曲线图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法，以该方法用于无人机集群中的各架无人机为例进行说明，各个无人机节点均配置有回溯天线，用于收发组网数据和组网完成后收发任务数据。回溯天线是一种低成本、紧凑型、具备波束跟踪能力的天线，可以发送定向波束，能量在一个方向进行集中，与该范围无关的用户不会受到电磁波干扰。本实施例的方法包括以下步骤：
步骤102，确定无人机集群中的源节点和目标节点。
可以通过预先指定的方式，或评估无人机集群中各个无人机节点的通信能力、通信质量等方式确定集群中的源节点和目标节点。其中，源节点是指信道建立过程的发起方，通过发送消息启动信道建立过程；目标节点则在接收到源节点发送的消息时，根据接收到的消息加入信道建立过程。
步骤104，由源节点根据本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。
基于MAC协议规范，由源节点生成RTS帧，其中携带源节点的本地波束信道数据。本地波束信道数据是指当前该无人机节点的回溯天线的各个定向波束中各个信道的预约/空闲状态。发送时，在源节点回溯天线的各个定向波束上按照预定的顺序轮询发送；可以在一个定向波束上的RTS帧中仅包括该定向波束中的信道状态数据。
步骤106，由目标节点通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据。
位于源节点通信范围之内的无人机节点都可以通过其回溯天线中的某个定向波束收到该RTS帧，即作为目标节点。本实施例中，目标节点在其回溯天线的第j个定向波束上接收到RTS帧，而该RTS帧是源节点通过其回溯天线的第k个定向波束发送的。目标节点获取源节点在其第k个定向波束上的空闲信道，然后在目标节点的本地波束信道数据中获取第j个定向波束上的空闲信道，根据两个定向波束的空闲信道的交集得到信道选择数据，即可以作为源节点和目标节点间的共同空闲信道。
步骤108，由目标节点根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧。
目标节点通过第j个定向波束发送信道选择数据。
步骤110，由源节点接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据。
由于目标节点的第j个定向波束和源节点的第k个定向波束是方向对准的，且两个节处于彼此的通信范围内，因此源节点会通过第k个定向波束收到响应RTS帧的对应的CTS帧。根据CTS帧中的公共空闲信道，源节点可以指定其中一个作为其和对应的目标节点之间的通信信道，并根据选择结果对应更新本地波速信道数据，将被选择的信道的状态设置为占用/预约。
步骤112，由源节点根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。
源节点根据信道选择结果生成RES帧，通过第k个定向波束发送。
步骤114，由目标节点接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。
目标节点通过第j个定向波束收到源节点响应CTS帧发送的RES帧，根据其中的信道选择结果更新其本地波束信道数据，确定与源节点进行通信时采用的信道。至此，该源节点和该目标节点的本地波束信道数据中，通过信道状态设置达成一致，协商得到了两个节点间进行任务数据传输时使用的信道。
步骤116，根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
无人机集群中的各个无人机节点均可以作为源节点或目标节点，按照步骤102至步骤114更新本地波束数据信道。更新结束后，各个无人机节点分别根据本地波束信道数据建立与其他相邻无人机节点(即彼此在通信范围内的无人机节点)之间的通信信道，实现无人机集群组网。
需要指出的是，由于无人机节点采用了回溯天线，其在各个定向波束方向上的信道是独立使用的。因此一个无人机节点可能在某一个方向上作为源节点，而在另一个方向上作为目标节点；无人机集群进行组网时，可能同时存在多个源节点，且一个源节点可能同时对应于多个目标节点。
本实施例利用回溯天线能量集中、传输范围远、功耗低等优势，结合定向传输的特点设计了相应的信道建立和波束信道数据更新方式，可以解决定向通信中的干扰、隐藏终端、耳聋等问题，能够提高无人机集群中频率资源的重用性和集群网络的传输性能，降低网络中的干扰。
其中一个实施例中，还包括：
步骤1141，由目标节点的相邻节点通过回溯天线接收CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新目标节点的相邻节点的本地波束信道数据。
步骤1142，由源节点的相邻节点通过回溯天线接收RES帧，根据述RES帧和接收所述RES帧的定向波束，更新所述源节点的相邻节点的本地波束信道数据。
本实施例中，源节点为A，目标节点为B，节点A和节点B的一个共同的相邻节点为C。当节点B收到RTS帧之后，在其回溯天线的各个定向波束上轮询发送该CTS帧。类似地，节点A也通过其回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。当节点C收到RES帧和CTS帧时，根据接收RES帧中节点A的本地波束信道数据，以及根据节点C在接收RES帧的定向波束上的信道状态，更新节点C的本地波束信道数据，将对应的信道状态设为占用/预约。节点C对CTS帧的处理方式与RES帧类似。
表1无人机节点的波束信道数据列表
Figure BDA0002928879050000091
其中，预约状态表示信道是否可用，信道空闲可用为1，信道忙则为0，本实施例中回溯天线的定向波束数量为4，无人机节点共由CCH、SCH1、SCH2三个信道资源。
本实施例中无人机节点根据监听到的CTS和RES消息更新本地的波束信道数据，并据此设置各个定向波束中的信道状态，可以避免集群中无人机节点之间的定向干扰。
其中一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法，在步骤102之前，还包括：
步骤100，在预设的控制时间窗口中，由无人机节点基于802.11DCF机制接入预设的控制信道，并根据二进制随机退避算法得到无人机节点竞争接入控制信道的尝试间隔时间。
本实施例中的信道结构如图3所示，将无人机节点的信道划分为多个时帧，将每个时帧划分为控制时间窗口和数据传输时间窗口。其中，控制时间窗口用于各个无人机节点协商和分配信道，数据传输时间窗口中各个无人机节点根据协商好的信道进行数据传输。
本实施例中，基于竞争机制得到组网中的源节点，即将接入控制信道的无人机节点作为源节点。具体地，在控制时间窗口中，所有节点竞争接入一个控制信道(CCH)，并使用控制信道上协商数据信道和波束；然后在数据传输时间窗口跳转至协商好的定向波束的信道上(如SCH1、SCH2等)定向传输数据。这种方式可以适应无人机集群中因编队、环境、节点性能等变化造成的信道资源变化，确保通信质量。
各个无人机节点进行控制信道竞争的流程如图4所示。节点在控制窗口中基于802.11DCF机制竞争信道，并采用二进制随机退避算法得到尝试间隔。节点退避指数器在[0,w-1]区间内随机选择一个退避数，w是竞争窗口。每一个时隙，节点监听信道状态，若空闲，则计数器值减1，否则冻结。当回退计数器减至0时，节点发送控制帧。w随竞争失败的次数而二进制扩展，即发生m次冲突后，节点退避计数器的初始退避数区间为[0,2m(w-1)]。当节点达到最大回退阶数时，发生丢包，开始新一轮竞争周期，退避阶数置0并初始退避数区间为[0,w-1]。
步骤101，将接入控制信道的无人机节点作为源节点，将未接入控制信道的无人机节点作为目标节点。
图5所示为本实施例中的回溯天线传输模型。将回溯天线的波束划分为M个方向，按顺序进行编号，源节点可以选择其中的任意一个方向定向发射，未进行发射的节点全向监听消息，保证节点不漏听消息，减少耳聋问题的发生。当回溯天线接收到信号时，可以自动对齐入射波方向，记录波束编号。
在步骤116之后，还包括：
步骤118，在预设的数据传输时间窗口中，由源节点和或目标节点使用预先建立的信道传输任务数据。
本实施例提供的方法通过多信道给节点提供了无干扰可并行传输的子信道，同时通过空间多波束复用使所有子信道可以同时承载更多的无人机进行通信，从而大幅提高网络资源复用度和网络容量等性能。结合协议中设计的多信道结构、波束信道预留表、控制帧轮询等机制，解决了定向通信带来的干扰、隐藏终端、耳聋等问题。
其中一个实施例中，提供了一种无人机集群网络系统，系统中的无人机节点通过回溯天线进行数据收发，使用上述任意一个实施例中的方法进行无人机集群组网。
应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
为说明本申请中提供方法的有效性，通过仿真实验对其性能进行比较说明。对802.11、多信道MAC协议(MMAC)以及基于本申请提供的方法实现的基于回溯天线的多信道定向MAC协议(FA-MMAC)进行仿真。仿真中无人机节点数量为80个，数据包到达各节点模拟为均泊松过程。
图6所示为上述协议在不同数据包到达速率下的吞吐量比较。结果显示，各协议的总吞吐量在数据到达速率很低时差别较小。随着数据到达速率增大，FA-MMAC协议的吞吐量明显更高。在网络趋于饱和的情况下，2波束FA-MMAC和4波束FA-MMAC的吞吐量分别比MMAC高出约100％和200％。对比2波束和4波束的情况，可以得知，随着天线波束数量的增加，网络性能可以进一步提高。
图7是上述协议在不同数据包到达速率下的传包成功率比较。随着数据到达率的提高，越来越多的节点争夺信道，导致冲突概率的增加和数据包丢失的增加。此外，节点的缓存空间有限，随着传输的失败和数据包的不断到达，更多的数据包发生丢失。因此，随着数据包到达率的增加，数据包传递率不可避免地降低。FA-MMAC将传输节点分配到不同的子信道，以减少冲突的概率，这允许更多的节点同时传输数据包，因此可以实现更好的传包成功率。
图8是上述协议在不同节点规模下的传包成功率比较。随着节点数量的增加，FA-MMAC优势更明显。这说明在大规模网络中，本申请提供的方法的性能更优。
图9是不同协议在不同节点规模下的延迟比较。当网络负载较高时，FA-MAC协议支持更多的并发数据传输，使得FA-MMAC具有较低的时延。
一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网装置，所述装置包括：
节点设置模块，用于确定无人机集群中的源节点和目标节点。
源节点RTS帧发送模块，用于根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧。
源节点信道数据更新模块，用于接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据。
源节点RES帧发送模块，用于根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。
目标节点信道选择模块，用于通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据。
目标节点CTS帧发送模块，用于根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧。
目标节点信道数据更新模块，用于接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。
组网模块，用于根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
其中一个实施例中，还包括目标节点相邻节点信道数据更新模块，用于通过回溯天线接收CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新目标节点的相邻节点的本地波束信道数据。
其中一个实施例中，还包括源节点相邻节点信道数据更新模块，用于通过回溯天线接收RES帧，根据述RES帧和接收所述RES帧的定向波束，更新所述源节点的相邻节点的本地波束信道数据。
其中一个实施例中，节点设置模块用于在预设的控制时间窗口中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道。将接入控制信道的无人机节点作为源节点，将未接入控制信道的无人机节点作为目标节点。
其中一个实施例中，还包括任务数据传输模块，用于在预设的数据传输时间窗口中，由源节点和或目标节点使用预先建立的信道传输任务数据。
其中一个实施例中，节点设置模块用于由无人机节点基于802.11DCF机制接入预设的控制信道。
其中一个实施例中，节点设置模块用于根据二进制随机退避算法得到无人机节点竞争接入控制信道的尝试间隔时间。
关于一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网装置的具体限定可以参见上文中对于一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法的限定，在此不再赘述。上述一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储回溯天线模型数据、本地波束信道数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：确定无人机集群中的源节点和目标节点。由源节点：根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧；接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据；根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。由目标节点：通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据；根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧；接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过回溯天线接收CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新目标节点的相邻节点的本地波束信道数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：由源节点的相邻节点通过回溯天线接收RES帧，根据述RES帧和接收所述RES帧的定向波束，更新所述源节点的相邻节点的本地波束信道数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：在预设的控制时间窗口中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道。将接入控制信道的无人机节点作为源节点，将未接入控制信道的无人机节点作为目标节点。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：在预设的数据传输时间窗口中，由源节点和或目标节点使用预先建立的信道传输任务数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：由无人机节点基于802.11DCF机制接入预设的控制信道。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据二进制随机退避算法得到无人机节点竞争接入控制信道的尝试间隔时间。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
确定无人机集群中的源节点和目标节点。由源节点：根据源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RTS帧；接收目标节点响应RTS帧发送的CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新源节点的本地波束信道数据；根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送RES帧。由目标节点：通过回溯天线接收源节点发送的RTS帧，根据接收RTS帧的定向波束、RTS帧和目标节点的本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据；根据信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送CTS帧；接收源节点发送的RES帧，根据RES帧对应更新本地波束信道数据。根据源节点和目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过回溯天线接收CTS帧，根据CTS帧和接收CTS帧的定向波束，更新目标节点的相邻节点的本地波束信道数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：由源节点的相邻节点通过回溯天线接收RES帧，根据述RES帧和接收所述RES帧的定向波束，更新所述源节点的相邻节点的本地波束信道数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：在预设的控制时间窗口中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道。将接入控制信道的无人机节点作为源节点，将未接入控制信道的无人机节点作为目标节点。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：在预设的数据传输时间窗口中，由源节点和或目标节点使用预先建立的信道传输任务数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：由无人机节点基于802.11DCF机制接入预设的控制信道。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据二进制随机退避算法得到无人机节点竞争接入控制信道的尝试间隔时间。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网方法，其特征在于，所述方法包括：
确定无人机集群中的源节点和目标节点；
由所述源节点：
根据所述源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送所述RTS帧；
接收所述目标节点响应所述RTS帧发送的CTS帧，根据所述CTS帧和接收所述CTS帧的定向波束，更新所述源节点的本地波束信道数据；
根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送所述RES帧；
由所述目标节点：
通过回溯天线接收所述源节点发送的RTS帧，根据接收所述RTS帧的定向波束、所述RTS帧和本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据；
根据所述信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送所述CTS帧；
接收所述源节点发送的RES帧，根据所述RES帧对应更新本地波束信道数据；
根据所述源节点和所述目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
由所述目标节点的相邻节点：
通过回溯天线接收所述CTS帧，根据所述CTS帧和接收所述CTS帧的定向波束，更新所述目标节点的相邻节点的本地波束信道数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
由所述源节点的相邻节点：
通过回溯天线接收所述RES帧，根据所述RES帧和接收所述RES帧的定向波束，更新所述源节点的相邻节点的本地波束信道数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定无人机集群中的源节点和目标节点的方式包括：
在预设的控制时间窗口中，由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道；
将接入所述控制信道的无人机节点作为源节点，将未接入所述控制信道的无人机节点作为目标节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在预设的数据传输时间窗口中，由所述源节点和或所述目标节点使用预先建立的信道传输任务数据。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道的方式包括：
由无人机节点基于802.11DCF机制接入预设的控制信道。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述由无人机节点基于竞争机制接入预设的控制信道的方式包括：
根据二进制随机退避算法得到无人机节点竞争接入控制信道的尝试间隔时间。
8.一种基于回溯天线的无人机集群多信道定向组网装置，其特征在于，所述装置包括：
节点设置模块，用于确定无人机集群中的源节点和目标节点；
源节点RTS帧发送模块，用于根据所述源节点的本地波束信道数据生成RTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送所述RTS帧；
源节点信道数据更新模块，用于接收所述目标节点响应所述RTS帧发送的CTS帧，根据所述CTS帧和接收所述CTS帧的定向波束，更新所述源节点的本地波束信道数据；
源节点RES帧发送模块，用于根据更新后的本地波束信道数据生成RES帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送所述RES帧；
目标节点信道选择模块，用于通过回溯天线接收所述源节点发送的RTS帧，根据接收所述RTS帧的定向波束、所述RTS帧和本地波束信道数据，得到对应的信道选择数据；
目标节点CTS帧发送模块，用于根据所述信道选择数据生成CTS帧，通过回溯天线的各个定向波束轮询发送所述CTS帧；
目标节点信道数据更新模块，用于接收所述源节点发送的RES帧，根据所述RES帧对应更新本地波束信道数据；
组网模块，用于根据所述源节点和所述目标节点的本地波束信道数据建立对应的信道，建立无人机集群网络。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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