CN113316091A - 一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置 - Google Patents

一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置 Download PDF

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CN113316091A CN202110589360.XA CN202110589360A CN113316091A CN 113316091 A CN113316091 A CN 113316091A CN 202110589360 A CN202110589360 A CN 202110589360A CN 113316091 A CN113316091 A CN 113316091A
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Abstract

本发明实施例提供的一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置，可以通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度；通过无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与簇头通讯的周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员；当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送。实现通过去中心化的方法进行无人机集群的分簇，从而避免无人机集群拓扑变化频繁，导致链路不稳定和数据包丢失。

Description

一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置
技术领域
本发明涉及信息技术领域，特别是涉及一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置。
背景技术
目前，无人机在许多领域的应用已经越来越广泛，特别是在临时或紧急情况下，无人机可以进行快速部署，为事件的处理提供极大的便利。同时在无人机领域，无人机自组织网络作为一种移动多跳无中心网络，网络中的每个节点都可以建立自组织路由，发送、接收、转发数据包，可以作为移动基站，移动中继，移动融合中心等，越来越受到人们的关注。
然而，由于无人机的高移动性，导致无人机的拓扑变化频繁，链路非常不稳定，容易造成数据包丢失。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置，用以解决无人机集群拓扑变化频繁导致的数据包丢失的问题。具体技术方案如下：
本申请实施例的第一方面，首先提供了一种应用于无人机集群的信息发送方法，所述方法包括：
通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，所述属性信息包括无人机的位置坐标；
通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机自身的节点度，其中，所述节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；
通过所述无人机集群中的各无人机向所述周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使所述无人机集群中的各无人机将自身和所述周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与所述簇头通讯的周围的邻居无人机认定为所述簇头的簇成员；
当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送。
可选的，所述通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机自身的节点度，包括：
通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机与所述周围的多个邻居无人机的距离；
选取所述距离小于预设距离的无人机作为相邻无人机；
统计所述相邻无人机的数量，得到所述各无人机自身的节点度。
可选的，所述当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送，包括：
当所述簇成员产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇成员产生的数据；
或，当所述簇头产生数据时，利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇头产生的数据；
或，当所述簇成员和所述簇头均产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向目标基站或中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据。
可选的，所述利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据，包括：
利用所述簇头判断目标基站是否在所述簇头的通信范围内；
若否，则利用所述簇头获取并根据各相邻簇头的属性信息和目标基站的位置坐标，计算所述簇头到所述目标基站的连线和所述簇头到所述各相邻簇头的连线之间的夹角；
选取所述各相邻簇头中对应所述夹角最小的相邻簇头作为中继无人机，利用所述簇头通过TDMA向所述中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据，以使所述中继无人机向所述基站或下一中继无人机转发所述簇头和所述簇成员产生的数据。
可选的，所述当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送，包括：包括：
当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头利用与预设贪婪算法计算所述簇头和/或所述簇成员产生的数据的优先级；
通过所述簇头按照优先级从高到低的顺序发送所述簇头和/或所述簇成员产生的数据。
本申请实施例的第二方面，还提供了一种应用于无人机集群的信息发送装置，所述装置包括：
信息获取模块，用于通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，所述属性信息包括无人机的位置坐标；
节点度计算模块，用于通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机自身的节点度，其中，所述节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；
簇头认定模块，用于通过所述无人机集群中的各无人机向所述周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使所述无人机集群中的各无人机将自身和所述周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与所述簇头通讯的周围的邻居无人机认定为所述簇头的簇成员；
数据发送模块，用于当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送。
可选的，所述节点度计算模块，包括：
距离计算子模块，用于通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机与所述周围的多个邻居无人机的距离；
无人机选取子模块，用于选取所述距离小于预设距离的无人机作为相邻无人机；
数量统计子模块，用于统计所述相邻无人机的数量，得到所述各无人机自身的节点度。
可选的，所述数据发送模块，具体用于：当所述簇成员产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇成员产生的数据；或，当所述簇头产生数据时，利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇头产生的数据；或，当所述簇成员和所述簇头均产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向目标基站或中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据。
可选的，所述数据发送模块，包括：
通信范围判断子模块，用于利用所述簇头判断目标基站是否在所述簇头的通信范围内；
夹角计算子模块，用于若否，则利用所述簇头获取并根据各相邻簇头的属性信息和目标基站的位置坐标，计算所述簇头到所述目标基站的连线和所述簇头到所述各相邻簇头的连线之间的夹角；
中继点选取子模块，用于选取所述各相邻簇头中对应所述夹角最小的相邻簇头作为中继无人机，利用所述簇头通过TDMA向所述中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据，以使所述中继无人机向所述基站或下一中继无人机转发所述簇头和所述簇成员产生的数据。
可选的，所述数据发送模块，包括：
优先级计算子模块，用于当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头利用与预设贪婪算法计算所述簇头和/或所述簇成员产生的数据的优先级；
优先级排序子模块，用于通过所述簇头按照优先级从高到低的顺序发送所述簇头和/或所述簇成员产生的数据。
在本发明实施的又一方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，上述任一应用于无人机集群的信息发送方法。
在本发明实施的又一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一应用于无人机集群的信息发送方法。
在本发明实施的又一方面，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一应用于无人机集群的信息发送方法。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的一种应用于无人机集群的信息发送方法及装置，可以通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，属性信息包括无人机的位置坐标；通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度，其中，节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；通过无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与簇头通讯的周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员；当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送。通过周期性的通过各个无人机自身根据其他无人机和自身的属性信息进行无人机集群的分簇，实现通过去中心化的方法进行无人机集群的分簇，从而避免了无人机集群拓扑变化频繁，导致的链路不稳定和数据包丢失的问题。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本申请实施例提供的应用于无人机集群的信息发送方法的一种流程示意图；
图2为本申请实施例提供的无人机集群的一种结构示意图；
图3为本申请实施例提供的节点度计算方法的一种流程示意图；
图4为本申请实施例提供的无人机集群分簇方法的一种实例图；
图5为本申请实施例提供的通过簇头进行数据发送的一种实例图；
图6为本申请实施例提供的无人机集群路由方法的一种实例图；
图7为本申请实施例提供的无人机集群通讯过程的一示意图；
图8为本申请实施例提供的无人机集群通讯过程的又一示意图；
图9为本申请实施例提供的应用于无人机集群的信息发送装置的一种结构示意图；
图10为本申请实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
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基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，无人机在许多领域的应用已经越来越广泛。然而，由于无人机的高移动性，导致无人机的拓扑变化频繁，链路非常不稳定，容易造成数据包丢失。
为了解决上述问题，本申请实施例的第一方面，首先提供了一种应用于无人机集群的信息发送方法，上述方法包括：
通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，属性信息包括无人机的位置坐标；
通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度，其中，节点度用于表征无人机周围的邻居无人机的数量；
通过无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将簇头周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员；
当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送。
可见，通过本申请实施例的方法，可以通过周期性的通过各个无人机自身根据其他无人机和自身的属性信息进行无人机集群的分簇，实现通过去中心化的方法进行无人机集群的分簇，从而避免了无人机集群拓扑变化频繁，导致的链路不稳定和数据包丢失的问题。
具体的，参见图1，图1为本申请实施例提供的应用于无人机集群的信息发送方法的一种流程示意图，包括：
步骤S11，通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息。
本申请实施例的方法通过去中心化的方法进行无人机集群的分簇和信息的发送，该方法应用于无人机集群，具体的可以通过无人机集群中的各个无人机执行。参见图2，图2为本申请实施例提供的无人机集群的一种结构示意图，其中，各个无人机可以进行视频的拍摄或图像的抓拍等，并可以将获取到的视频或图片直接或通过中继无人机发送给的基站，基站可以只负责接收从无人机回传的数据而不负责无人机网络的创建和管理，整个无人机集群可以组成一个自组织网络。
其中，预设时长可以是人为设定的某一数值，具体的，可以根据实际情况设定，例如，预设时长可以是1s。其中，上述属性信息包括无人机的位置坐标，具体的，该位置坐标可以是无人机的三维坐标，例如，可以是无人机的经纬坐标和高度组成的三维坐标。
步骤S12，通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度。
其中，节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量。由于无人机集群中无人机的通信距离有限，各无人机接收到的属性信息可能仅包括无人机集群中部分无人机发送的属性信息。
在实际使用过程中，可以根据各无人机接收到的其他无人机发送的属性信息的数量确定各无人机的节点度。
还可以对接收到属性信息的无人机进行筛选，根据符合预设要求的无人机的数量，确定各无人机的节点度。例如，针对当前无人机，可以根据接收到的其他无人机发送的属性信息中的无人机的位置坐标，统计距离当前无人机的距离小于预设阈值的无人机的数量，得到当前无人机的节点度。具体的，可以参见后续实施例，此处不再赘述。
步骤S13，通过无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与簇头通讯的周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员。
在无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度之后，无人机集群中的各无人机可以根据接收到的节点度和自身的节点度建立节点度排行，从而根据节点度排行将节点度最高的无人机认定为簇头，将簇头周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员。例如，各无人机在接收其他无人机发送的节点度时，如果收到比自己节点度大的无人机发的节点度，或者节点度相同但是id较小的无人机的节点度，则保存并转发，若小于则可以直接舍弃，从而经过广播转发以后，所有无人机均可以知道节点度最大的无人机。
步骤S14，当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送。
其中，簇头和/或簇成员产生数据可以是无人机集群中无人机拍摄的视频或抓拍的图片等，本申请对此不进行限定。
通过无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将簇头周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员，并当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送，因为簇头汇聚信息后会去除冗余信息，从而能减少流量，避免流量过载和网络拥塞。
可见，通过本申请实施例的方法，可以通过周期性的通过各个无人机自身根据其他无人机和自身的属性信息进行无人机集群的分簇，实现通过去中心化的方法进行无人机集群的分簇，从而避免了无人机集群拓扑变化频繁，导致的链路不稳定和数据包丢失的问题。
可选的，参见图3，步骤S12通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度，包括：
步骤S121，通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机与周围的多个邻居无人机的距离。
其中，计算各无人机与周围的多个邻居无人机的距离通过在预设时长内多次获取各个无人机的坐标，计算得到各无人机与周围的多个邻居无人机的多个计算结果，选取其中的最大值作为各无人机与周围的多个邻居无人机的距离。
步骤S122，选取距离小于预设距离的无人机作为相邻无人机。
步骤S123，统计相邻无人机的数量，得到各无人机自身的节点度。
具体的，可以参见图4，图4为本申请实施例提供的无人机集群分簇方法的一种实例图，包括：
1、所有不在簇内的无人机节点向半径r范围内所有无人机广播报文，报文内容包括自己的编号k，坐标(xi,yj)。无人机节点k收到报文后，计算出与发包节点j的距离dk,j，根据节点速度推测出连接时间tk,j，然后将tk,j与分簇时间间隔Tc做比较，如果tk,j≤Tc，则无人机节点k将无人机节点j节点加入自己的候选路由表，第一阶段广播结束后统计候选路由表中节点个数，计算出自己的节点度nk，即周围邻居节点的数量。
针对节点ni和nj，在t0时刻距离di,j(t0)，其中di,j(t0)的值为:
Figure BDA0003088923270000101
随着节点移动，两个无人机节点之间的距离不断变化，其中距离最大值dmax为：dmax＝r，其中，r为无人机的通讯距离，t0时刻节点ni和nj的坐标分别为(xi,yi,zi)和(xj,yj,zj)。
由于无人机节点做随机运动，无法预测速度矢量方向，所以计算时以最大速度矢量来计算。因此，di,j(t1)的表达式为:
Figure BDA0003088923270000102
当两个无人机节点距离超过dmax时，连接断开，所以预期连接时间
Figure BDA0003088923270000103
为：
Figure BDA0003088923270000104
2、各无人机节点广播自己的节点度，如果收到比自己节点度大的无人机发的报文，或者节点度相同但是id(Identity document，身份证标识号)较小的无人机的报文，保存并转发，经过一段时间广播转发以后，所有无人机节点都会知道谁是节点度最大的节点。
3、当节点度最大的无人机节点当选为本次选举的簇头，簇头对候选路由表中无人机距离排序，选出距离最近的m个无人机节点作为本簇成员，向其发送报文，并将其加入簇内路由表。其中m为一个簇的最大容量。收到簇头信息的节点成为簇成员节点，保存簇头节点路由。以此种方式选择出来的簇头依照成簇顺序，依次选择预先划分好的频段和时间片，用来完成后面的FDMA(frequency division multiple acces，频分多址)和TDMA(Timedivision multiple access，时分多址)传输。
4、剩下的无人机节点可以重复上述选举过程n次，n为簇的数量，n次选举结束以后，没有在簇内的节点成为孤立簇头，自己单独成一簇。N×m略大于总节点数，因此，在无人机集群中最后只有几个距离较远的簇头会成为孤立簇头。
5、所有节点分配好角色以后，簇头节点可以再次向周围簇头节点广播，包括频段信息和时间片等，并保存来自邻居簇头的路由信息，这样整个分簇网络的路由建立完毕。由于时间资源的紧缺，孤立簇头节点会在这一步，通过复用的方式，选择与周围簇头不同的时间片。
6、由于无人机节点的移动性较高，拓扑变化频繁，所以每隔Tc时间重新进行一次分簇。而Tc的大小可以自由调整，根据无人机节点的移动速度，计算出最合适的分簇间隔。
可选的，步骤S14当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送，包括：
当簇成员产生数据时，利用簇成员通过CSMA(Carrier Sense Multiple Access，载波监听多路访问)和FDMA向簇头发送簇成员产生数据；利用簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送簇成员产生的数据；
或，当簇头产生数据时，利用簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送簇头产生的数据；
或，当簇成员和簇头均产生数据时，利用簇成员通过CSMA和FDMA向簇头发送簇成员产生数据；利用簇头通过TDMA向目标基站或中继无人机发送簇头和簇成员产生的数据。
可选的，利用簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送簇头和簇成员产生的数据，包括：利用簇头判断目标基站是否在簇头的通信范围内；若否，则利用簇头获取并根据各相邻簇头的属性信息和目标基站的位置坐标，计算簇头到目标基站的连线和簇头到各相邻簇头的连线之间的夹角；选取各相邻簇头中对应夹角最小的相邻簇头作为中继无人机，利用簇头通过TDMA向中继无人机发送簇头和簇成员产生的数据，以使中继无人机向基站或下一中继无人机转发簇头和簇成员产生的数据。其中，上述簇头的各相邻簇头均在该簇头的通信范围内。
可选的，参见图5，步骤S14当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送，包括：包括：
步骤S141，当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头利用与预设贪婪算法计算簇头和/或簇成员产生的数据的优先级；
其中，簇成员产生数据时，可以不直接向簇头发送所产生的数据，而是先发送所产生的数据对应的大小和类型等信息。然后簇头根据簇成员发送的数据对应的大小和类型等信息计算各簇成员生成的数据的优先级。例如，可以预先针对不同类型的数据设定不同的优先级，从而在接收到数据对应的类型信息时，可以直接得到对应的优先级。根据优先级为不同簇成员分配不同的信道，簇成员再根据分配的信道将簇成员自身所产生的数据发送给簇头。在通过信道发送数据时，可以使用CSMA和FDMA，针对优先级高的，如大于预设优先级阈值的，通过FDMA发送，其余的通过CSMA发送。
步骤S142，通过簇头按照优先级从高到低的顺序发送簇头和/或簇成员产生的数据。
在实际使用过程中，簇间传输可以使用TDMA，簇内传输可以使用CSMA和FDMA。其中，可以同时使用CSMA和FDMA对同一数据进行发送，也可以根据优先级，优先级较高的通过FDMA发送，其余的通过CSMA发送。其中，CSMA参数可以设置参考802.11b协议，实现竞争接入，随机退避等标志功能。TDMA帧的大小，可以根据簇头数量设置。当网络结构极端情况下，簇头数量变多时，还可以根据复用时隙，多余簇头选择与周围簇头不同的时隙进行设置。FDMA作为稳定信道，可以用来传输高优先级的数据包。在实际使用过程中，每次进行传输之前，簇头可以都对自身队列中的数据进行一次排序，以保障低时延需求的数据包能够更快的传输。
具体的，可以参见图6，图6为本申请实施例提供的无人机集群路由方法的一种实例图，包括：
1、当产生数据包时(例如，拍摄到视频或抓拍到图片)，簇头可以直接将数据包加入待发送队列，而成员节点则可以先将数据包的大小，重要度等信息发送给簇头。
2、簇头收集簇成员要发送的数据包信息以后，可以通过贪婪算法进行排序排序，给簇成员产生的数据分配合适的信道，然后将信道信息返回给各个簇成员，然后簇成员可以按照分配好的信道开始给簇头发送数据包。
3、簇头可以将接收到的数据包加入队列，然后根据分配好的时隙开始簇间传输。
其中，选择下一中继无人机的具体过程可以参见图7和图8。根据分簇结束时信息交互产生的路由表，可以获取通信范围内无人机节点j的坐标(xj,yj)，当前无人机节点k的坐标(xk,yk)，基站n的坐标(xn,yn)，然后分别计算无人机节点j，当前无人机节点k，基站n三者之间距离dk,j，dk,n，dk,n。
已知三者之间的距离，根据余弦定理计算三者之间夹角α的角度，
Figure BDA0003088923270000131
将当前无人机节点k和基站n的连线，从与连线夹角小于45°的无人机节点中选择余弦值最大的无人机作为下一中继无人机。
当没有最佳的下一中继无人机时，即遇到拓扑空洞，则重新选择路由方式，将周围节点中离基站距离最近的点，即dj,n最小的点作为下一中继无人机。
通过本申请实施例的方法，整个无人机集群可以组成自组织网络，并通过网络状态选择对应的无人机作为簇头，通过簇头实现数据的集中和发送。
本申请实施例的第二方面提供了一种应用于无人机集群的信息发送装置，参见图9，上述装置包括：
信息获取模块901，用于通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，属性信息包括无人机的位置坐标；
节点度计算模块902，用于通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度，其中，节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；
簇头认定模块903，用于通过无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与簇头通讯的周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员；
数据发送模块904，用于当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送。
可选的，节点度计算模块902，包括：
距离计算子模块，用于通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机与周围的多个邻居无人机的距离；
无人机选取子模块，用于选取距离小于预设距离的无人机作为相邻无人机；
数量统计子模块，用于统计相邻无人机的数量，得到各无人机自身的节点度。
可选的，数据发送模块904，具体用于：当簇成员产生数据时，利用簇成员通过CSMA和FDMA向簇头发送簇成员产生数据；利用簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送簇成员产生的数据；或，当簇头产生数据时，利用簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送簇头产生的数据；或，当簇成员和簇头均产生数据时，利用簇成员通过CSMA和FDMA向簇头发送簇成员产生数据；利用簇头通过TDMA向目标基站或中继无人机发送簇头和簇成员产生的数据。
可选的，数据发送模块904，包括：
通信范围判断子模块，用于利用簇头判断目标基站是否在簇头的通信范围内；
夹角计算子模块，用于若否，则利用簇头获取并根据各相邻簇头的属性信息和目标基站的位置坐标，计算簇头到目标基站的连线和簇头到各相邻簇头的连线之间的夹角；
中继点选取子模块，用于选取各相邻簇头中对应夹角最小的相邻簇头作为中继无人机，利用簇头通过TDMA向中继无人机发送簇头和簇成员产生的数据，以使中继无人机向基站或下一中继无人机转发簇头和簇成员产生的数据。
可选的，数据发送模块904，包括：
优先级计算子模块，用于当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头利用与预设贪婪算法计算簇头和/或簇成员产生的数据的优先级；
优先级排序子模块，用于通过簇头按照优先级从高到低的顺序发送簇头和/或簇成员产生的数据。
可见，通过本申请实施例的装置，可以通过周期性的通过各个无人机自身根据其他无人机和自身的属性信息进行无人机集群的分簇，实现通过去中心化的方法进行无人机集群的分簇，从而避免了无人机集群拓扑变化频繁，导致的链路不稳定和数据包丢失的问题。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，包括处理器1001、通信接口1002、存储器1003和通信总线1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信，
存储器1003，用于存放计算机程序；
处理器1001，用于执行存储器1003上所存放的程序时，实现如下步骤：
通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，属性信息包括无人机的位置坐标；
通过无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的周围的多个邻居无人机的属性信息，计算各无人机自身的节点度，其中，节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；
通过无人机集群中的各无人机向周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使无人机集群中的各无人机将自身和周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与簇头通讯的周围的邻居无人机认定为簇头的簇成员；
当簇头和/或簇成员产生数据时，通过簇头进行数据的发送。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一应用于无人机集群的信息发送方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一应用于无人机集群的信息发送方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、存储介质、计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于无人机集群的信息发送方法，其特征在于，所述方法包括：
通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，所述属性信息包括无人机的位置坐标；
通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机自身的节点度，其中，所述节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；
通过所述无人机集群中的各无人机向所述周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使所述无人机集群中的各无人机将自身和所述周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与所述簇头通讯的周围的邻居无人机认定为所述簇头的簇成员；
当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机自身的节点度，包括：
通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机与所述周围的多个邻居无人机的距离；
选取所述距离小于预设距离的无人机作为相邻无人机；
统计所述相邻无人机的数量，得到所述各无人机自身的节点度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送，包括：
当所述簇成员产生数据时，利用所述簇成员通过载波监听多路访问CSMA和频分多址FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过时分多址TDMA向基站或中继无人机发送所述簇成员产生的数据；
或，当所述簇头产生数据时，利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇头产生的数据；
或，当所述簇成员和所述簇头均产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向目标基站或中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据，包括：
利用所述簇头判断目标基站是否在所述簇头的通信范围内；
若否，则利用所述簇头获取并根据各相邻簇头的属性信息和目标基站的位置坐标，计算所述簇头到所述目标基站的连线和所述簇头到所述各相邻簇头的连线之间的夹角；
选取所述各相邻簇头中对应所述夹角最小的相邻簇头作为中继无人机，利用所述簇头通过TDMA向所述中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据，以使所述中继无人机向所述基站或下一中继无人机转发所述簇头和所述簇成员产生的数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送，包括：
当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头利用与预设贪婪算法计算所述簇头和/或所述簇成员产生的数据的优先级；
通过所述簇头按照优先级从高到低的顺序发送所述簇头和/或所述簇成员产生的数据。
6.一种应用于无人机集群的信息发送装置，其特征在于，所述装置包括：
信息获取模块，用于通过无人机集群中的各无人机每间隔预设时长向周围的多个邻居无人机广播一次自身的属性信息，其中，所述属性信息包括无人机的位置坐标；
节点度计算模块，用于通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机自身的节点度，其中，所述节点度用于表征与无人机通讯的周围的邻居无人机的数量；
簇头认定模块，用于通过所述无人机集群中的各无人机向所述周围的多个邻居无人机广播自身的节点度，以使所述无人机集群中的各无人机将自身和所述周围的多个邻居无人机中节点度最高的无人机认定为簇头，将与所述簇头通讯的周围的邻居无人机认定为所述簇头的簇成员；
数据发送模块，用于当所述簇头和/或所述簇成员产生数据时，通过所述簇头进行数据的发送。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述节点度计算模块，包括：
距离计算子模块，用于通过所述无人机集群中的各无人机根据自身的属性信息和接收到的所述周围的多个邻居无人机的属性信息，计算所述各无人机与所述周围的多个邻居无人机的距离；
无人机选取子模块，用于选取所述距离小于预设距离的无人机作为相邻无人机；
数量统计子模块，用于统计所述相邻无人机的数量，得到所述各无人机自身的节点度。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述数据发送模块，具体用于：当所述簇成员产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇成员产生的数据；
或，当所述簇头产生数据时，利用所述簇头通过TDMA向基站或中继无人机发送所述簇头产生的数据；
或，当所述簇成员和所述簇头均产生数据时，利用所述簇成员通过CSMA和FDMA向所述簇头发送所述簇成员产生数据；利用所述簇头通过TDMA向目标基站或中继无人机发送所述簇头和所述簇成员产生的数据。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114125770A (zh) * 2022-01-28 2022-03-01 华南理工大学 一种无人机集群网络通信方法及装置
CN114237292A (zh) * 2021-12-16 2022-03-25 中国人民解放军国防科技大学 无人机集群控制的分布式决策方法及相关设备
CN114245436A (zh) * 2021-12-30 2022-03-25 杭州电子科技大学 无人机辅助移动边缘网络分簇方法及装置
CN114374935A (zh) * 2022-03-21 2022-04-19 北京远度互联科技有限公司 一种集群终端通信方法、装置及系统
CN117200869A (zh) * 2023-10-07 2023-12-08 广州天海翔航空科技有限公司 一种无人机群通信方法、系统及可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103781148A (zh) * 2014-02-25 2014-05-07 重庆邮电大学 车载自组织网络中基于链路感知的稳定成簇路由方法
CN105323818A (zh) * 2015-11-04 2016-02-10 天津理工大学 基于网络区域划分和距离的节能分簇路由方法
US20180139276A1 (en) * 2016-11-16 2018-05-17 Intel Corporation Enhancing wi-fi aware protocol and algorithms for drone cluster formation
US20200213389A1 (en) * 2018-12-26 2020-07-02 King Fahd University Of Petroleum And Minerals System and method for hierarchical clustering of wireless mobile network
CN112367639A (zh) * 2020-10-09 2021-02-12 武汉大学 基于北斗卫星授时的无人机集群自组网通信方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103781148A (zh) * 2014-02-25 2014-05-07 重庆邮电大学 车载自组织网络中基于链路感知的稳定成簇路由方法
CN105323818A (zh) * 2015-11-04 2016-02-10 天津理工大学 基于网络区域划分和距离的节能分簇路由方法
US20180139276A1 (en) * 2016-11-16 2018-05-17 Intel Corporation Enhancing wi-fi aware protocol and algorithms for drone cluster formation
US20200213389A1 (en) * 2018-12-26 2020-07-02 King Fahd University Of Petroleum And Minerals System and method for hierarchical clustering of wireless mobile network
CN112367639A (zh) * 2020-10-09 2021-02-12 武汉大学 基于北斗卫星授时的无人机集群自组网通信方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严磊: "无人机自组织网络动态分簇与机会路由研究", 《中国优秀硕士学位论文全文库》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114237292A (zh) * 2021-12-16 2022-03-25 中国人民解放军国防科技大学 无人机集群控制的分布式决策方法及相关设备
CN114245436A (zh) * 2021-12-30 2022-03-25 杭州电子科技大学 无人机辅助移动边缘网络分簇方法及装置
CN114245436B (zh) * 2021-12-30 2024-04-02 杭州电子科技大学 无人机辅助移动边缘网络分簇方法及装置
CN114125770A (zh) * 2022-01-28 2022-03-01 华南理工大学 一种无人机集群网络通信方法及装置
CN114125770B (zh) * 2022-01-28 2022-05-17 华南理工大学 一种无人机集群网络通信方法及装置
CN114374935A (zh) * 2022-03-21 2022-04-19 北京远度互联科技有限公司 一种集群终端通信方法、装置及系统
CN117200869A (zh) * 2023-10-07 2023-12-08 广州天海翔航空科技有限公司 一种无人机群通信方法、系统及可读存储介质
CN117200869B (zh) * 2023-10-07 2024-04-16 广州天海翔航空科技有限公司 一种无人机群通信方法、系统及可读存储介质

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