CN112887931A - 一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，提供一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，搭建基于中心节点辅助的异构集群多业务组网系统，对集群网络初始化后生成网络拓扑结构，从而建立针对移动集群的多业务传输链路，整个传输过程中实现对传输链路的更新与维护。本发明采用中心节点辅助的方法，同时采用长距离窄带传输用户端和短距离宽带传输电台构建异构网络，实现了移动集群的多业务传输与组网方法。相比于传统的基于基站的星形网络，该中心辅助接点仅用于传输网络控制数据和高优先级业务数据，克服了移动节点移动范围受限、基站接入存在带宽瓶颈的问题。

Description

一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种新型的异构集群多业务组网方法。

背景技术

随着以无人机、无人车为代表的无人系统不断发展，将多个无人机或者无人车利用通信网络组成集群从而更好的完成特定任务，已经成为当前学术研究和产业应用的热点。集群通信网络是实现集群不同节点间信息共享和协同工作的基础，可能需要同时传输控制指令、视频图像以及多类型载荷数据等多种业务。

针对由无人机、无人车等组成的移动集群组网，传统的网络体系结构受到集群节点能量受限、移动速度快、传输业务类型多等因素的影响。集群节点平台一般都是通过移动电源进行供电，在发射功率受到约束的条件下难以实现长距离宽带传输。同时，不同类型的传输业务需要集群通信网络提供差异化服务需求，例如控制指令传输要求时间延迟小、可靠性高，而视频图像传输则要求较大的传输带宽。此外，集群节点的快速移动导致整个集群的通信网络拓扑频繁变化，从而对网络的多跳路由带来挑战。

当前，针对集群组网的体系结构主要是包含以下类型：基于中心节点的星形结构、基于自动分簇的层次结构，以及节点间完全对等的自组织结构。基于中心节点的星形结构构建集群网络技术相对简单，但是整个集群的移动范围受到中心节点的覆盖范围约束，同时还受到中心节点接入用户数量的限制。基于自动分簇的层次结构可以实现较大规模的集群组网，但是存在技术复杂度高、节点在不同簇中频繁切换的问题。基于完全对等的自组织结构构建集群通信网络，在节点数量较大或者网络拓扑频繁变化的场景下，整个网络的传输效率较低。因此，为满足移动集群的多业务传输与组网，提升整个网络的可靠性，迫切需要提出一种新型网络体系结构。

发明内容

本发明提出了一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，解决现有的集群组网的体系结构中集群移动范围受限或网络拓扑频繁切换使得整个网络的传输效率底的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供了一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，主要包括以下步骤：

步骤1、基于中心节点辅助的异构集群多业务组网系统的搭建

基于中心节点辅助的异构集群多业务组网系统包括1个中心节点1和多个移动节点2，其中，中心节点1的主要作用是利用长距离窄带传输链路接收移动节点2的自身状态数据，从而对这个异构集群实施组网控制，主要包括集群网络控制模块11和长距离窄带传输中心站12；移动节点2向中心节点1发送自身状态数据，同时接收中心节点1发送的控制指令，进而完成多种业务数据的传输任务，主要包括长距离窄带传输用户端21、短距离宽带传输电台22、传输控制模块23和业务数据缓冲模块24。

中心节点1和移动节点2不特指某种类型的设备，中心节点1具备较大的输出功率和较长的工作时长；而移动节点2通过移动电源进行供电，输出功率和工作时间均受到制约；

步骤2、集群网络初始化

中心节点1利用长距离窄带传输中心站与多个移动节点2之间构建一个星形的窄带传输网络，接收移动节点2周期性发送的自身状态数据。中心节点1的集群网络控制模块汇总接收到的所有集群移动节点信息。

移动节点2利用长距离窄带传输用户端接入中心节点1构建的窄带传输网络，传输控制模块周期性的发送自身状态数据信息，主要包括节点所处的位置、速度、剩余电量以及短距离宽带传输电台的当前状态。短距离宽带传输电台的当前状态主要包括邻居节点的编号列表以及当前的负载水平。

步骤3、网络拓扑结构生成

该步骤执行的主体是中心节点1的集群网络控制模块，根据自身收到的集群网络数据信息，利用相应的路由生成算法，生成由短距离宽带传输电台构成的集群网络的路由信息表。同时，集群网络控制模块根据接收到的移动节点2周期性上报的自身状态数据，以一定的更新频率对产生的路由信息表进行维护。

进一步的，该步骤3可以按照以下过程进行实施：

首先，构建短距离宽带传输网络的邻接矩阵。中心节点1的集群网络控制模块根据收到的集群网络状态信息进行汇总，利用每一个移动节点2短距离宽带传输电台的邻居节点编号列表，构建整个短距离宽带传输网络的邻接矩阵。根据该邻接矩阵，集群网络控制模块可以得到整个集群网络的连接关系。

其次，计算短距离宽带传输链路度量值。两个属于邻居节点关系的移动节点2之间存在一条短距离宽带传输链路。集群网络控制模块根据该链路所连接的两个移动节点2的自身状态数据对该链路的度量值进行计算，涉及的主要因素包括移动节点2的位置、速度、负载情况和剩余电量等。

最后，生成路由信息表。根据上述过程得到的集群短距离宽带传输网络的邻接矩阵和对应链路的度量值，利用现有的典型路由生成算法计算得到任意两个移动节点2间的数据传输路径，最后得到整个集群网络的路由信息表。

以上过程以一定的频率周期性执行，根据最新的网络状态数据对网络拓扑结构进行更新与维护。

步骤4、多业务传输链路建立

该步骤的主要目的是为移动节点2之间的多业务数据传输建立短距离宽带多跳链路。移动节点2的传输控制模块根据上层应用的需求，通过长距离窄带传输链路向中心节点1请求多跳传输的路由信息。中心节点1根据收到的传输请求数据，查找自身维护的路由信息表，返回一个应答信息指令。移动节点2根据收到的应答信息指令内包含的多跳路由信息，建立起到达特定目的节点的多跳传输链路。

特别地，本发明针对移动节点2的多业务传输设计了一种特定的数据帧格式和数据转发协议。移动节点2获得业务数据传输的多跳路径后，将业务数据进行分组和封装生成对应的数据帧。该数据帧的帧头中不仅包含源节点、目的节点的编号，还包含多跳传输的路由信息以及转发计数信息。传输路径中的转发移动节点收到该数据帧后，首先检测自身是否为目的节点。如果不是目的节点，则传输控制模块根据当前的转发技术信息确定当前执行转发任务的移动节点编号。如果当前执行转发任务的移动节点编号与自身节点编号一致，则执行数据转发功能，同时数据帧帧头中转发计数值进行加1处理；如果编号不一致，则将该数据帧丢弃。如果此时检测到自身是目的节点，则将收到的数据转交上层应用。

步骤5、传输链路更新与维护

该步骤的主要目的是针对步骤4中建立的多业务传输链路进行更新与维护。由于移动节点2时刻处于移动状态，或者因为电源不足、信号干扰等原因导致传输链路的中断。当移动节点2收到一个多业务数据帧时，判断自身是否需要执行转发任务，同时需要判断下一个转发节点或者目的节点是否为自身的邻居节点。当移动节点2收到一个业务数据帧判断自身需要执行转发任务，同时下一个转发节点或者目的节点不是自身的邻居节点，则此时步骤4中获取的多业务传输链路中断。当集群中任意一个移动节点2检测到多业务传输链路中断的情况发生时，需要将该传输链路中断信息通过长距离窄带传输链路上报至中心节点1。中心节点1收到该中断信息后，将更新后的新传输路径发送至该多业务传输任务的发起节点。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用中心节点辅助的方法，同时采用长距离窄带传输用户端和短距离宽带传输电台构建异构网络，实现了移动集群的多业务传输与组网方法。相比于传统的基于基站的星形网络，该中心辅助接点仅用于传输网络控制数据和高优先级业务数据，克服了移动节点移动范围受限、基站接入存在带宽瓶颈的问题。

(2)相比于传统的移动自组织网络，本发明提出的组网模式可以大幅度简化移动节点的复杂度，在通过移动电源供电的情况下可以降低设备的功耗。同时本发明提出的组网方法具备网络传输的灵活性和稳定性，极大提高了网络传输的成功率。

(3)本发明提出的集群网络控制模块，可以根据所有移动节点位置、速度、剩余能量以及负载情况等综合因素得到更加稳定和均衡的数据传输路径。此外，本发明中没有特别限定窄带长距离传输链路和短距离宽带传输链路的物理层和接入层协议，具有较大的灵活性。

附图说明

图1为本发明基于中心节点辅助的异构集群组网示意图；

图2为本发明中心节点1组成模块框图；

图3为本发明移动节点2组成模块框图；

图4为本发明移动节点2建立多业务传输链路流程示意图；

图5为本发明移动节点2短距离宽带传输电台收到业务数据处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的详细说明。

本发明提出了一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，主要由中心节点1和移动节点2构成，如图1、图2和图3所示。中心节点1的主要作用是利用长距离窄带传输链路接收移动节点2的自身状态数据，从而对这个异构集群实施组网控制，主要包括集群网络控制模块11和长距离窄带传输中心站12。移动节点2向中心节点1发送自身状态数据，同时接收中心节点1发送的控制指令，进而完成多种业务数据的传输任务，主要包括长距离窄带传输用户端21、短距离宽带传输电台22、传输控制模块23和业务数据缓冲模块24。

中心节点1和移动节点2不特指某种类型的设备。一般地，中心节点1具备较大的输出功率和较长的工作时长；而移动节点2通过移动电源进行供电，输出功率和工作时间都受到制约。

中心节点1通过接收所有移动节点2的自身状态信息，从而获取整个集群网络的实时状态，进而对整个集群组网实施控制，主要包括：

集群网络控制模块11，接收汇总网络中所有移动节点2的周期上报状态数据，获得整个集群网络的实时状态，根据网络拓扑结构生成控制算法产生当前的网络结构，同时还接收网络中移动节点2的传输请求信息，根据自身维护的网络结构回复应答信息；

长距离窄带传输中心站12，传输距离远且传输带宽窄，用于集群中所有移动节点2接入中心节点1，传输的主要内容包括整个集群组网的控制指令，以及在必要条件下传输移动节点2的部分业务数据；

移动节点2通过向中心节点1周期性的上报自身状态信息，并且根据自身的业务需求获得网络控制信息，进而完成多种业务类型的传输，主要包括：

长距离窄带传输用户端21，与中心节点的长距离窄带传输中心站之间构建无线链路，用于移动节点向中心节点周期性传输自身状态数据，当需要进行业务数据传输时向中心节点发起传输请求信息，同时接收中心节点的集群网络控制指令；

短距离宽带传输电台22，用于移动节点2之间传输多种类型的业务数据，在移动节点发射功率受限的条件下传输距离短且传输带宽大；

传输控制模块23，用于移动节点2完成自身多业务数据的传输控制，包括移动节点2自身状态数据生成、多类型业务数据传输通道选择、业务数据发送请求等任务；

业务数据缓冲模块24，用于移动节点2完成自身多种业务数据的缓冲和排队，为每一种业务数据建立单独的缓冲队列；

实施例1、

本发明的实施案例以地面控制站作为中心节点1，以小型无人机作为移动节点2。小型无人机上可以配备可见光摄像头、各类传感器等多种载荷，为满足多个无人机间的任务协同，需要同时传输多种类型的业务数据。以地面控制站和小型无人机作为本发明实施案例的说明，不构成对本发明的具体约束。

如图1所示，多个小型无人机同时具备两种传输设备构建异构集群，利用长距离窄带传输链路接入地面控制站，利用短距离宽带传输链路构建小型无人机之间的宽带传输网络。由于小型无人机一直处于移动状态，因此不同无人机之间的连接关系可能一直处于变化状态。本实施方式以地面控制站进行辅助，对整个无人机集群的宽带组网实施控制，从而达到多种业务数据同时传输的目的。

组网系统搭建成功之后，本发明的具体组网方法还包括集群网络初始化、网络拓扑结构生成、多业务传输链路建立、传输链路更新与维护，下面对每一个步骤的具体实施方式进行介绍。

步骤2、集群网络初始化；

假设该异构集群由1个地面控制站和N个小型无人机构成，为每一个小型无人机设置一个单独的编号1,2，…,N。首先，地面控制站启动长距离窄带传输中心站，小型无人机启动长距离窄带传输用户端。地面控制站与多个小型无人机之间利用长距离窄带传输链路构建一个星形的长距离窄带传输网络。同时，小型无人机启动自身的短距离宽带传输电台，周期性发送包含自身编号等信息的Hello数据包，同时接收其他小型无人机发送的Hello数据包。小型无人机利用短距离宽带传输电台收到的其他节点发送的Hello数据包，可以构建并且维护一个邻居节点的编号列表，并且将该列表周期性的上传至传输控制模块。

优选地，小型无人机以时间间隔长度1s为周期发送Hello数据包，同时接收其他小型无人机发送的Hello数据包。如果在时间长度10s内收到具有相同节点编号的Hello数据包个数大于等于6，则将该节点编号加入到自身的邻居节点编号列表。如果某节点编号属于自身的邻居节点编号列表，且在时间长度10s内收到具有该节点编号的Hello数据包个数小于等于4，则将该节点编号从自身的邻居节点编号列表中删除。

小型无人机的传输控制模块周期性发送自身状态数据信息到地面控制站，主要包括小型无人机当前的位置、速度、剩余电量、邻居节点的编号列表以及短距离宽带传输电台的业务负载水平。短距离宽带传输电台的业务负载水平是指当前小型无人机传输业务数据所占用的带宽与短距离宽带传输电台总带宽的比值。业务负载水平越高表明该小型无人机当前承担的任务量越大，同时电量消耗也越快。地面控制站接收N个小型无人机发送的自身状态数据信息，利用集群网络控制模块进行汇总与更新。

步骤3：网络拓扑结构生成

地面控制站的集群网络控制模块汇总并且更新集群中N个小型无人机上报的自身状态数据信息，并且根据汇总得到的当前集群网络状态信息进行网络拓扑结构生成。

优选的，该步骤可以按照以下过程进行实施：

首先，构建短距离宽带传输网络的邻接矩阵E，该邻接矩阵E的大小为N×N，其中每一个元素记为e_i,j,i＝1,2,…,N,j＝1,2,…,N。如果编号为i的小型无人机的邻居节点编号列表中包含j，则将e_i,j的值设为1，否则将e_i,j的值设为0。地面控制站的集群网络控制模块根据收到的各个小型无人机的自身状态信息，对邻接矩阵E中的元素值进行更新，表示当前短距离宽带传输网路的连接关系。

其次，计算短距离宽带传输链路e_i,j的度量值r_i,j，并且根据该度量值构建度量矩阵R。该度量矩阵R的大小为N×N，其中每一个元素r_i,j的大小表示小型无人机i通过短距离宽带传输电台向小型无人机j发送业务数据所需要承担代价的度量。如果e_i,j＝0，则将r_i,j的值设定为正无穷+∞，表示小型无人机i无法通过短距离宽带传输电台向小型无人机j发送业务数据。如果e_i,j＝1，则可以按照如下方法对r_i,j的大小进行计算。该计算方法，仅是对本发明的实施案例进行说明，并不构成对本发明的约束。

传输链路e_i,j的度量值r_i,j的大小受到小型无人机i和j相互位置关系、小型无人机节点j的剩余电量和业务负载水平等因素的影响。优选地，本发明中r_i,j采用如下的计算方式：

r_i,j＝c₁r_i,j,1+c₂r_i,j,2+c₃r_i,j,3

其中r_i,j,1表示传输链路稳定性代价，r_i,j,2表示剩余电量代价，r_i,j,3表示业务负载水平代价，c₁、c₂和c₃都是相对应的调节系数。

优选地，r_i,j,1的大小可以按照如下的公式进行计算：

其中

和

分别表示小型无人机i和j之间的位置差矢量和速度差矢量，R_max表示短距离宽带传输电台的最大传输距离。一般地，R_max的大小应大于邻居节点间的距离

如果不满足

的条件，则将r_i,j,1的值设为正无穷+∞。同时，当

等于0时，即两个小型无人机i和j之间保持相对静止，且满足

此时将r_i,j,1的值设为0。

优选地，r_i,j,2和r_i,j,3的大小可以按照如下的公式进行计算：

r_i,j,2＝1-e_j

r_i,j,3＝1-b_j

其中e_j表示小型无人机j的剩余电量，是当前剩余电量与最大电量的比值，取值范围为0到1；b_j表示小型无人机j当前的业务负载水平，是传输业务数据所占用的带宽与短距离宽带传输电台总带宽的比值，取值范围为0到1。

最后，地面控制站的集群网络控制模块根据上述方法计算得到的度量矩阵R生成路由信息表，可以得到任意两个小型无人机间的业务数据传输路径。由于当前公开的典型路由生成算法已经相当成熟，不在本发明涉及的保护范围内，这里不再具体说明。以上过程以一定的频率周期性执行，根据最新的网络状态数据对网络拓扑结构进行更新与维护。

步骤4：多业务传输链路建立

小型无人机建立多业务传输链路的流程示意图如图4所示，下面以一个具体实施案例来进行说明。

编号为2的小型无人机收到上层应用的业务数据传输请求，将视频业务数据发送至编号为8的小型无人机。此时，小型无人机2的传输控制模块首先判断编号8是否在自身的邻居节点编号列表中。如果小型无人机8是小型无人机2的邻居节点，则小型无人机2直接利用短距离宽带电台发送该视频业务数据。

如果小型无人机8不是小型无人机2的邻居节点，此时小型无人机2通过窄带长距离传输链路向地面控制站发送路由请求信息。小型无人机2接收地面控制站发送的路由应答信息，包含了此次业务数据传输应当使用的多跳转发路径。如果该多跳传输路径不存在，此时小型无人机2的传输控制模块判断该业务类型优先级。如果该业务需要采用优先传输，则小型无人机2利用长距离窄带传输链路发送业务数据。例如本实施案例中发送的视频业务数据，设定为不需要优先传输，则此时向上层应用返回目的节点不可达信息。

如果地面控制站返回的路由应答信息中包含一条可用的多跳传输路径，小型无人机2首先判断转发次数是否大于业务需求。例如，地面控制站返回的多跳传输路径为2→4→5→3→1→8，此时该路径传输业务需要转发的次数为5。如果设置视频业务数据传输的最大转发次数为6，则小型无人机2将直接利用短距离宽带电台发送该视频业务数据。如果设置视频业务数据传输的最大转发次数为4，此时首先判断该业务数据类型是否需要优先传输。如果需要优先传输则利用长距离窄带传输链路进行数据传输。如果不需要优先传输，则小型无人机2将直接利用短距离宽带电台发送该视频业务数据。

小型无人机2将包含路由信息的视频业务数据通过短距离宽带传输电台进行发送，假设该路由信息为2→4→5→3→1→8，此时该视频业务数据帧中的转发计数值为初始值0。当集群网络中小型无人机的短距离宽带传输电台收到该视频业务数据后，其传输控制模块的处理流程示意图如图5所示。

此时，假设小型无人机4收到该视频业务数据，首先判断自身不是该数据帧的目的节点。同时根据接收到的数据帧帧头中的转发计数值和路由信息，确定当前需要执行转发任务的小型无人机编号为4。此时，小型无人机4判断发现自身需要执行转发任务。

执行转发任务时，小型无人机4首先判断目的节点8不是自己的邻居节点，表明该业务数据需要继续转发。此时，根据接收到的数据帧帧头中的转发计数值和路由信息，确定小型无人机4转发之后下一个需要执行转发任务的小型无人机节点编号为5。小型无人机4的传输控制模块首先判断节点编号5是否属于自身的邻居节点。如果属于自身的邻居节点，则小型无人机4利用短距离宽带电台转发该视频业务数据，同时将数据帧帧头中的转发计数值加1。如果不属于自身的邻居节点，表明此时多跳传输的路由信息失效，由小型无人机4向地面控制站报告当前传输任务失败消息。

如果小型无人机4成功将该视频业务数据进行了转发，此时小型无人机5接收到该业务数据，同时按照如图5所示的处理流程进行数据转发。按照上述流程，该视频业务数据分别通过小型无人机4、5、3、1的转发，最终到达小型无人机8。

步骤5：传输链路更新与维护

多个小型无人机构成集群网络，由于通信节点均处于移动状态从而导致短距离宽带传输链路的中断或者重新建立新的连接。同时，小型无人机自身剩余电量不足或者受到信号干扰等因素的影响，也可能导致已经建立的传输链路不可用。当小型无人机4收到一个多业务数据帧时，期内包含的路由信息为2→4→5→3→1→8，且判断此时自身需要执行转发任务。同时，小型无人机4发现自身的邻居节点编号列表中不包含编号5，表明步骤3中获取的多业务传输链路中断。

小型无人机4检测到路由信息中的传输路径中断后，需要向地面控制站返回该传输链路中断信息，其中包含完整的路由信息2→4→5→3→1→8和链路中断位置4→5。地面控制站接收到该传输链路中断信息后，主动将更新后的新传输路径发送至小型无人机2。小型无人机2收到该路由信息更新数据后，将新的路由信息写入视频业务数据帧帧头中进行发送。

本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。本发明中路由生成算法等内容属本领域技术人员的公知技术，故此未做详细说明。

Claims (9)

1.一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、基于中心节点辅助的异构集群多业务组网系统的搭建

基于中心节点辅助的异构集群多业务组网系统包括一个中心节点1和多个移动节点2、其中，中心节点1的作用是利用长距离窄带传输链路接收移动节点2的自身状态数据，从而对这个异构集群实施组网控制，主要包括集群网络控制模块11和长距离窄带传输中心站12；移动节点2向中心节点1发送自身状态数据，同时接收中心节点1发送的控制指令，进而完成多种业务数据的传输任务，主要包括长距离窄带传输用户端21、短距离宽带传输电台22、传输控制模块23和业务数据缓冲模块24；

中心节点1和移动节点2不特指某种类型的设备，中心节点1具备较大的输出功率和较长的工作时长；而移动节点2通过移动电源进行供电，输出功率和工作时间均受到制约；

步骤2、集群网络初始化

中心节点1利用长距离窄带传输中心站与多个移动节点2之间构建一个星形的窄带传输网络，接收移动节点2周期性发送的自身状态数据，中心节点1的集群网络控制模块汇总接收到的所有集群移动节点信息；

移动节点2利用长距离窄带传输用户端接入中心节点1构建的窄带传输网络，传输控制模块周期性的发送自身状态数据信息，主要包括节点所处的位置、速度、剩余电量以及短距离宽带传输电台的当前状态，短距离宽带传输电台的当前状态主要包括邻居节点的编号列表以及当前的负载水平；

步骤3、网络拓扑结构生成

该步骤执行的主体是中心节点1的集群网络控制模块11，根据自身收到的集群网络数据信息，利用相应的路由生成算法，生成由短距离宽带传输电台构成的集群网络的路由信息表，同时，集群网络控制模块根据接收到的移动节点2周期性上报的自身状态数据，以一定的更新频率对产生的路由信息表进行维护；

步骤4、多业务传输链路建立

该步骤的主要目的是为移动节点2之间的多业务数据传输建立短距离宽带多跳链路，移动节点2的传输控制模块根据上层应用的需求，通过长距离窄带传输链路向中心节点1请求多跳传输的路由信息，中心节点1根据收到的传输请求数据，查找自身维护的路由信息表，返回一个应答信息指令，移动节点2根据收到的应答信息指令内包含的多跳路由信息，建立起到达特定目的节点的多跳传输链路；

针对移动节点2的多业务传输设计了一种特定的数据帧格式和数据转发协议，移动节点2获得业务数据传输的多跳路径后，将业务数据进行分组和封装生成对应的数据帧，该数据帧的帧头中不仅包含源节点、目的节点的编号，还包含多跳传输的路由信息以及转发计数信息，传输路径中的转发移动节点收到该数据帧后，首先检测自身是否为目的节点，如果不是目的节点，则传输控制模块根据当前的转发技术信息确定当前执行转发任务的移动节点编号，如果当前执行转发任务的移动节点编号与自身节点编号一致，则执行数据转发功能，同时数据帧帧头中转发计数值进行加1处理；如果编号不一致，则将该数据帧丢弃，如果此时检测到自身是目的节点，则将收到的数据转交上层应用；

步骤5、传输链路更新与维护

当移动节点2收到一个多业务数据帧时，判断自身是否需要执行转发任务，同时需要判断下一个转发节点或者目的节点是否为自身的邻居节点，当移动节点2收到一个业务数据帧判断自身需要执行转发任务，同时下一个转发节点或者目的节点不是自身的邻居节点，则此时步骤3中获取的多业务传输链路中断；当集群中任意一个移动节点2检测到多业务传输链路中断的情况发生时，需要将该传输链路中断信息通过长距离窄带传输链路上报至中心节点1；中心节点1收到该中断信息后，将更新后的新传输路径发送至该多业务传输任务的发起节点。

2.如权利要求1所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述步骤2可以按照如下步骤实现：

步骤1、构建短距离宽带传输网络的邻接矩阵

中心节点1的集群网络控制模块根据收到的集群网络状态信息进行汇总，利用每一个移动节点2短距离宽带传输电台的邻居节点编号列表，构建整个短距离宽带传输网络的邻接矩阵，根据该邻接矩阵，集群网络控制模块可以得到整个集群网络的连接关系；

步骤2、计算短距离宽带传输链路度量值

两个属于邻居节点关系的移动节点2之间存在一条短距离宽带传输链路；集群网络控制模块根据该链路所连接的两个移动节点2的自身状态数据对该链路的度量值进行计算，涉及的主要因素包括移动节点2的位置、速度、负载情况和剩余电量；

步骤3、生成路由信息表

根据上述过程得到的集群短距离宽带传输网络的邻接矩阵和对应链路的度量值，利用现有的典型路由生成算法计算得到任意两个移动节点2间的数据传输路径，最后得到整个集群网络的路由信息表；

上述步骤可以采用频率周期性执行，根据最新的网络状态数据对网络拓扑结构进行更新与维护。

3.如权利要求1所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述的步骤1组网系统的搭建如下：

中心节点1为地面控制站，移动节点2为小型无人机，多个小型无人机同时具备两种传输设备构建异构集群，利用长距离窄带传输链路接入地面控制站，利用短距离宽带传输链路构建小型无人机之间的宽带传输网络，由于小型无人机一直处于移动状态，因此不同无人机之间的连接关系可能一直处于变化状态；

所述步骤2、集群网络初始化；

假设该异构集群由1个地面控制站和N个小型无人机构成，为每一个小型无人机设置一个单独的编号1,2，…,N；首先，地面控制站启动长距离窄带传输中心站，小型无人机启动长距离窄带传输用户端，地面控制站与多个小型无人机之间利用长距离窄带传输链路构建一个星形的长距离窄带传输网络，同时，小型无人机启动自身的短距离宽带传输电台，周期性发送包含自身编号等信息的Hello数据包，同时接收其他小型无人机发送的Hello数据包，小型无人机利用短距离宽带传输电台收到的其他节点发送的Hello数据包，可以构建并且维护一个邻居节点的编号列表，并且将该列表周期性的上传至传输控制模块；

小型无人机的传输控制模块周期性发送自身状态数据信息到地面控制站，主要包括小型无人机当前的位置、速度、剩余电量、邻居节点的编号列表以及短距离宽带传输电台的业务负载水平，短距离宽带传输电台的业务负载水平是指当前小型无人机传输业务数据所占用的带宽与短距离宽带传输电台总带宽的比值，业务负载水平越高表明该小型无人机当前承担的任务量越大，同时电量消耗也越快，地面控制站接收N个小型无人机发送的自身状态数据信息，利用集群网络控制模块进行汇总与更新；

所述步骤3：网络拓扑结构生成

地面控制站的集群网络控制模块汇总并且更新集群中N个小型无人机上报的自身状态数据信息，并且根据汇总得到的当前集群网络状态信息进行网络拓扑结构生成；

所述步骤4：多业务传输链路建立

例如编号为2的小型无人机收到上层应用的业务数据传输请求，将视频业务数据发送至编号为8的小型无人机；此时，小型无人机2的传输控制模块首先判断编号8是否在自身的邻居节点编号列表中；

如果小型无人机8是小型无人机2的邻居节点，则小型无人机2直接利用短距离宽带电台发送该视频业务数据；

如果小型无人机8不是小型无人机2的邻居节点，此时小型无人机2通过窄带长距离传输链路向地面控制站发送路由请求信息；

小型无人机2接收地面控制站发送的路由应答信息，包含了此次业务数据传输应当使用的多跳转发路径；

如果该多跳传输路径不存在，此时小型无人机2的传输控制模块判断该业务类型优先级；

如果该业务需要采用优先传输，则小型无人机2利用长距离窄带传输链路发送业务数据；

如果地面控制站返回的路由应答信息中包含一条可用的多跳传输路径，小型无人机2首先判断转发次数是否大于业务需求；

如果设置视频业务数据传输的最大转发次数为6，则小型无人机2将直接利用短距离宽带电台发送该视频业务数据；

如果设置视频业务数据传输的最大转发次数为4，此时首先判断该业务数据类型是否需要优先传输；

如果需要优先传输则利用长距离窄带传输链路进行数据传输；

如果不需要优先传输，则小型无人机2将直接利用短距离宽带电台发送该视频业务数据；

小型无人机2将包含路由信息的视频业务数据通过短距离宽带传输电台进行发送，假设该路由信息为2→4→5→3→1→8，此时该视频业务数据帧中的转发计数值为初始值0；

此时，假设小型无人机4收到该视频业务数据，首先判断自身不是该数据帧的目的节点；同时根据接收到的数据帧帧头中的转发计数值和路由信息，确定当前需要执行转发任务的小型无人机编号为4；此时，小型无人机4判断发现自身需要执行转发任务；

执行转发任务时，小型无人机4首先判断目的节点8不是自己的邻居节点，表明该业务数据需要继续转发，此时，根据接收到的数据帧帧头中的转发计数值和路由信息，确定小型无人机4转发之后下一个需要执行转发任务的小型无人机节点编号为5；

小型无人机4的传输控制模块首先判断节点编号5是否属于自身的邻居节点；如果属于自身的邻居节点，则小型无人机4利用短距离宽带电台转发该视频业务数据，同时将数据帧帧头中的转发计数值加1；

如果不属于自身的邻居节点，表明此时多跳传输的路由信息失效，由小型无人机4向地面控制站报告当前传输任务失败消息；

如果小型无人机4成功将该视频业务数据进行了转发，此时小型无人机5接收到该业务数据，同时按照短距离宽带传输电台收到业务数据处理流程进行转发，则该视频业务数据分别通过小型无人机4、5、3、1的转发，最终到达小型无人机8；

步骤5：传输链路更新与维护

多个小型无人机构成集群网络，由于通信节点均处于移动状态从而导致短距离宽带传输链路的中断或者重新建立新的连接；同时，小型无人机自身剩余电量不足或者受到信号干扰等因素的影响，也可能导致已经建立的传输链路不可用；当小型无人机4收到一个多业务数据帧时，期内包含的路由信息为2→4→5→3→1→8，且判断此时自身需要执行转发任务；同时，小型无人机4发现自身的邻居节点编号列表中不包含编号5，表明步骤3中获取的多业务传输链路中断；

小型无人机4检测到路由信息中的传输路径中断后，需要向地面控制站返回该传输链路中断信息，其中包含完整的路由信息2→4→5→3→1→8和链路中断位置4→5；地面控制站接收到该传输链路中断信息后，主动将更新后的新传输路径发送至小型无人机2；小型无人机2收到该路由信息更新数据后，将新的路由信息写入视频业务数据帧帧头中进行发送。

4.如权利要求3所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述步骤2中的小型无人机以时间间隔长度1s为周期发送Hello数据包，同时接收其他小型无人机发送的Hello数据包，如果在时间长度10s内收到具有相同节点编号的Hello数据包个数大于等于6，则将该节点编号加入到自身的邻居节点编号列表，如果某节点编号属于自身的邻居节点编号列表，且在时间长度10s内收到具有该节点编号的Hello数据包个数小于等于4，则将该节点编号从自身的邻居节点编号列表中删除。

5.如权利要求3所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述步骤2步骤可以按照以下过程进行实施：

首先，构建短距离宽带传输网络的邻接矩阵E，该邻接矩阵E的大小为N×N，其中每一个元素记为e_i,j,i＝1,2,…,N,j＝1,2,…,N；如果编号为i的小型无人机的邻居节点编号列表中包含j，则将e_i,j的值设为1，否则将e_i,j的值设为0；地面控制站的集群网络控制模块根据收到的各个小型无人机的自身状态信息，对邻接矩阵E中的元素值进行更新，表示当前短距离宽带传输网路的连接关系；

其次，计算短距离宽带传输链路e_i,j的度量值r_i,j，并且根据该度量值构建度量矩阵R，该度量矩阵R的大小为N×N，其中每一个元素r_i,j的大小表示小型无人机i通过短距离宽带传输电台向小型无人机j发送业务数据所需要承担代价的度量；如果e_i,j＝0，则将r_i,j的值设定为正无穷+∞，表示小型无人机i无法通过短距离宽带传输电台向小型无人机j发送业务数据，如果e_i,j＝1，则可以按照如下方法对r_i,j的大小进行计算；

传输链路e_i,j的度量值r_i,j的大小受到小型无人机i和j相互位置关系、小型无人机节点j的剩余电量和业务负载水平等因素的影响；

最后，地面控制站的集群网络控制模块根据上述方法计算得到的度量矩阵R生成路由信息表，可以得到任意两个小型无人机间的业务数据传输路径。

6.如权利要求5所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述r_i,j采用如下的计算方式：

r_i,j＝c₁r_i,j,1+c₂r_i,j,2+c₃r_i,j,3

其中r_i,j,1表示传输链路稳定性代价，r_i,j,2表示剩余电量代价，r_i,j,3表示业务负载水平代价，c₁、c₂和c₃都是相对应的调节系数。

7.如权利要求5所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述r_i,j,1的大小可以按照如下的公式进行计算：

其中

和

分别表示小型无人机i和j之间的位置差矢量和速度差矢量，R_max表示短距离宽带传输电台的最大传输距离；一般地，R_max的大小应大于邻居节点间的距离

如果不满足

的条件，则将r_i,j,1的值设为正无穷+∞；同时，当

等于0时，即两个小型无人机i和j之间保持相对静止，且满足

此时将r_i,j,1的值设为0。

8.如权利要求5所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，所述r_i,j,2和r_i,j,3的大小可以按照如下的公式进行计算：

r_i,j,2＝1-e_j

r_i,j,3＝1-b_j

其中e_j表示小型无人机j的剩余电量，是当前剩余电量与最大电量的比值，取值范围为0到1；b_j表示小型无人机j当前的业务负载水平，是传输业务数据所占用的带宽与短距离宽带传输电台总带宽的比值，取值范围为0到1。

9.如权利要求3-8任一所述的一种基于中心节点辅助的异构集群多业务组网方法，其特征在于，为满足多个无人机间的任务协同，需要同时传输多种类型的业务数据，所述的小型无人机按需求配备可见光摄像头、各类传感器载荷。

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