CN116896767B - 一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法,其包括:根据无人机集群成员间以及无人机集群成员与地面指挥系统间通信时使用的信息帧结构,建立信息维护缓冲队列;无人机集群成员之间,以及无人机集群成员与地面指挥系统之间,通过广播形式向集群中所有成员重复多次传递信息;无人机集群其他成员与地面指挥系统接收信息后,读取该信息帧结构中的帧内容。本发明实现了无人机集群成员之间以及无人机集群成员与地面指挥系统间可靠的信息传输与同步。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域,特别是一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法。
背景技术
随着无人机应用对自主性、智能化、多任务等方面的要求越来越高,无人机单机作业效能和智能水平已逐渐无法满足任务应用需求。单无人机有限的平台容量限制了无人机功能和任务范围,同时在受到攻击失去执行任务能力后无有效后备手段,任务容错性较低。在此背景下,将多架无人机组成无人机集群可有效提高无人机的任务能力和任务范围,提高任务容错性,成为未来的发展方向。
无人机集群成员以及无人机集群成员与地面指挥系统间信息可靠传输与同步对于无人机集群的应用至关重要。无人机集群在执行任务时,需要满足无人机实时跟踪定位、遥控遥测、实时任务规划与协调和任务信息传输等功能,所有这些功能都需要集群成员之间、集群成员与地面指挥系统之间,保持稳定、可靠的网络通信。
然而目前无人机集群通信使用的无线链路由于战场复杂电磁环境、地形遮挡、无人机运动导致拓扑结构变化、通信系统发射功率不足等多方面原因,不能保证无人机集群各成员之间、无人机集群成员与地面指挥系统之间的稳定通信。因此需要在无人机控制软件中对不可靠的通信环境进行充分考虑,实现无人机集群的功能。
发明内容
鉴于此,本发明提供一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法,利用无人机集群成员以及无人机集群与地面指挥系统间无线链路的冗余带宽,将无人机集群与地面指挥系统内的所有信息通过不同成员多次重复向所有成员广播的方式,为集群成员间与集群成员与地面控制系统间提供了可靠的信息传输与同步服务。
本发明公开了一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法,其包括:
步骤1:根据无人机集群成员间以及无人机集群成员与地面指挥系统间通信时使用的信息帧结构,对各无人机集群成员和地面指挥系统建立信息维护缓冲队列,用于对无人机集群及地面指挥系统中需要发送和同步的信息进行维护;所述信息维护缓冲队列包括多个通信信息的数据和对应帧结构信息;
步骤2:无人机集群成员之间,以及无人机集群成员与地面指挥系统之间,通过广播形式向集群中所有成员重复多次传递信息;
步骤3:无人机集群其他成员与地面指挥系统接收信息后,读取该信息帧结构中的帧内容。
进一步地,无人机集群成员间以及无人机集群成员与地面指挥系统通信时使用的帧结构需要包括群ID、源成员ID、目的成员ID、信息ID、信息产生时间、信息失效时间、数据长度、数据内容。
进一步地,群ID为信息所属群的群ID;在源成员ID和目的成员ID中,为地面指挥系统指定一个成员ID,同时指定一个ID,用作广播信息的接收,源成员ID为最初发送信息的成员ID,对于目的成员ID,若信息为无人机集群中唯一成员接收,则在目的成员ID字段填写目的成员ID的信息,若信息为无人机集群所有成员以及地面指挥系统接收,则在目的成员ID字段填写指定的广播ID;信息ID为信息的唯一标志,由信息发送成员指定;信息产生时间由初次产生或更新信息的成员填写;对于信息失效时间,失效后信息不在机群间进行同步传播,若信息长期有效,则用指定的时间表示。
进一步地,在所述步骤2中:
信息的发送过程发生在信息的产生阶段,产生信息的成员在获取信息内容、信息长度,并依据信息的帧结构填写帧内容后,向所有无人机集群成员与地面指挥系统广播该信息。
进一步地,所述步骤2之后,所述步骤3之前,还包括:
当无人机集群成员或地面指挥系统需要对其所属集群中已经存在的信息进行更新时,复用待更新信息的ID实现信息的更新;产生信息的成员参照信息发送过程完成组帧后,将信息ID设置为需要更新信息的ID,向无人机集群中广播该待更新信息。
进一步地,所述步骤3包括:
无人机集群成员或地面指挥系统读取信息的“群ID”字段,若无人机或地面指挥系统不属于群ID所指无人机集群,则忽略该信息并结束当前过程,否则继续读取信息的“信息ID”字段;
读取信息的“信息ID”字段,若群ID对应的维护缓冲队列中存在该信息ID,则读取信息的“信息产生时间”字段;否则判断该信息为新信息,并将该新信息添加到维护缓冲队列中,无人机集群成员还需向无人机集群广播该新信息;
读取信息的“信息产生时间”字段,若其与维护缓冲队列中该信息的产生时间一致则为旧信息,忽略此消息并结束当前过程;否则为需要更新的信息,将维护缓冲队列中的旧信息删除,添加需要更新的信息到维护缓冲队列中,无人机集群成员还需无人机集群广播收到的信息;
读取信息的“目的成员ID”字段,若其与接收该信息的无人机ID一致或为广播信息,则对“数据内容”字段数据进行逻辑处理后,结束当前处理过程;否则该信息无需接收该信息的无人机处理,结束当前处理过程。
进一步地,还包括:
集群内的无人机成员以及地面指挥系统在无信息发送任务时,还需对自身信息维护缓冲队列中的数据进行实时维护。
进一步地,依据无人机成员和地面指挥系统所属的群ID和信息索引依次轮询各缓存信息,读取“信息失效时间”字段,根据本机时间判断信息是否失效。
进一步地,若信息失效时间大于当前时间或信息失效时间为长期有效信息,则信息未失效,读取信息的全部数据,重新将该信息广播至无人机集群中;否则该信息失效,在信息维护缓冲队列中删除该信息。
由于采用了上述技术方案,本发明具有如下的优点:
本发明充分利用了无人机集群成员以及无人机集群成员与地面指挥系统间的冗余带宽,通过无人机集群成员或无人机集群成员与无人机集群成员间信息的接力传递、重复发送、循环发送等方式,克服了无人机集群成员之间,以及无人机集群成员与地面指挥系统之间无线通信不可靠的问题,实现了无人机集群成员之间以及无人机集群成员与地面指挥系统间可靠的信息传输与同步。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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实施例中记载的一些实施例,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附图。
图1为本发明实施例的一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法的流程示意图;
图2为本发明实施例的无人机集群成员信息维护缓冲队列示意图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明,显然,所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例,而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明实施例保护的范围。
本方法将无人机集群成员间传递的信息与无人机集群成员与地面指挥系统间传递的信息均通过广播形式向集群中所有成员发送。无人机集群成员在接收到其它成员或地面指挥系统发送到本群的信息后,首先根据信息维护缓冲中的记录判断数据是否是新信息或需要更新的信息。集群成员会忽略旧信息,转发新信息和更新信息到集群中,这保证了集群成员只要与目的成员间存在一条连通的链路,就能实现信息的收发。同时集群成员需要对信息维护缓冲队列进行维护,添加或更新接收到的信息,删除超时信息,并在没有发送任务时依次发送信息维护缓冲中的所有信息,这保证了成员中的信息维护缓冲中信息的实时性,以及将实时信息同步到新入群的成员。
参见图1,本发明提供了一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法的实施例,无人机集群成员间以及无人机集群与地面指挥系统间通过无线链路进行数据收发,通过广播形式实现通信,并按照如下过程实现无人机集群成员间以及无人机集群成员与地面指挥系统间的信息同步。
S1.确定信息的帧结构内容。
为实现无人机集群成员之间以及无人机集群成员与地面指挥系统之间的可靠通信,通信时使用的帧结构需包含信息所属的群ID、信息的源成员ID、信息的目的成员ID、信息ID、信息产生时间、信息失效时间、数据长度、数据内容。
对于成员ID(包括信息的源成员ID和信息的目的成员ID),也为地面指挥系统指定一个成员ID,同时指定一个成员ID,表示该信息由所有成员接收。
对于信息失效时间,指定一个失效时间,代表信息长期有效。
S2.建立信息维护缓冲队列。
各无人机集群成员以及地面指挥系统需按照如图2所示建立信息维护缓冲队列。每个无人机可能同时存在于多个无人机集群中,地面指挥系统存在于所有无人机集群中,因此对于所在的每个无人机集群建立一个信息维护缓冲队列,用于对该群中需要发送和同步的信息进行维护。
S3.信息的发送。
信息的发送过程发生在信息的产生阶段,产生信息的无人机集群成员或地面指挥系统在获取信息内容、信息长度,赋予信息新的信息ID,并在填写其它帧内容后,向无人机集群中广播该信息。
S4.信息的更新。
当无人机集群成员或地面指挥系统需要对群中已经存在的信息进行更新时,复用待更新信息的信息ID实现信息的更新。产生信息的无人机集群成员或地面指挥系统参照信息发送过程完成组帧后,将信息ID设置为需要更新信息的ID,向无人机集群中广播该信息。
S5.信息的接收。
无人机集群成员或地面指挥系统在接收到信息后,按照如下过程进行信息的处理。
1)读取信息的“群ID”字段,若无人机或地面指挥系统不是该群成员则忽略此信息并结束当前过程,否则继续执行2);
2)读取信息的“信息ID”字段,若群ID对应的维护缓冲队列中存在该信息ID,执行3);否则为新信息,添加更新的信息到维护缓冲队列中,并执行4);
3)读取信息的“信息产生时间”字段,若与维护缓冲队列中该信息的产生时间一致则为旧信息,忽略此消息并结束当前过程;否则为更新信息,将维护缓冲队列中的旧信息删除,添加更新的信息到维护缓冲队列中,继续执行4);
4)若本机为无人机集群成员,则向无人机集群广播收到的信息;
5)读取信息的“目的成员ID” 字段,若与本机ID一致或为需要所有成员接收的成员ID,则当前信息需要处理,将“数据内容”字段数据进行逻辑处理后,结束当前处理过程;否则当前信息无需本机处理,结束当前处理过程。
S6.信息的维护。
无人机集群成员和地面指挥系统在无信息发送任务时,还需对自身信息维护缓冲队列中的数据进行实时维护,依据所属群ID和信息索引依次轮询各缓存信息,并依据以下过程进行处理。
读取“信息失效时间”字段,根据本机时间判断信息是否失效。若失效时间大于当前时间或消息长期有效,则信息未失效,读取信息全部数据,重新将信息广播至无人机集群中;否则该信息失效,在信息维护缓冲队列中删除该信息。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法,其特征在于,包括:
步骤1:根据无人机集群成员间以及无人机集群成员与地面指挥系统间通信时使用的信息帧结构,对各无人机集群成员和地面指挥系统建立信息维护缓冲队列,用于对无人机集群及地面指挥系统中需要发送和同步的信息进行维护;所述信息维护缓冲队列包括多个通信信息的数据和对应帧结构信息;
步骤2:无人机集群成员之间,以及无人机集群成员与地面指挥系统之间,通过广播形式向集群中所有成员重复多次传递信息;
步骤3:无人机集群其他成员与地面指挥系统接收信息后,读取该信息帧结构中的帧内容;
无人机集群成员间以及无人机集群成员与地面指挥系统通信时使用的帧结构需要包括群ID、源成员ID、目的成员ID、信息ID、信息产生时间、信息失效时间、数据长度和数据内容;
群ID为信息所属群的群ID;在源成员ID和目的成员ID中,为地面指挥系统指定一个成员ID,同时指定一个ID,用作广播信息的接收,源成员ID为最初发送信息的成员ID,对于目的成员ID,若信息为无人机集群中唯一成员接收,则在目的成员ID字段填写目的成员ID的信息,若信息为无人机集群所有成员以及地面指挥系统接收,则在目的成员ID字段填写指定的广播ID;信息ID为信息的唯一标志,由信息发送成员指定;信息产生时间由初次产生或更新信息的成员填写;对于信息失效时间,失效后信息不在机群间进行同步传播,若信息长期有效,则用指定的时间表示;
在所述步骤2中:
信息的发送过程发生在信息的产生阶段,产生信息的成员在获取信息内容、信息长度,并依据信息的帧结构填写帧内容后,向所有无人机集群成员与地面指挥系统广播该信息;
所述步骤2之后,所述步骤3之前,还包括:
当无人机集群成员或地面指挥系统需要对其所属集群中已经存在的信息进行更新时,复用待更新信息的ID实现信息的更新;产生信息的成员参照信息发送过程完成组帧后,将信息ID设置为需要更新信息的ID,向无人机集群中广播该待更新信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3包括:
无人机集群成员或地面指挥系统读取信息的“群ID”字段,若无人机或地面指挥系统不属于群ID所指无人机集群,则忽略该信息并结束当前过程,否则继续读取信息的“信息ID”字段;
读取信息的“信息ID”字段,若群ID对应的维护缓冲队列中存在该信息ID,则读取信息的“信息产生时间”字段;否则判断该信息为新信息,并将该新信息添加到维护缓冲队列中,无人机集群成员还需向无人机集群广播该新信息;
读取信息的“信息产生时间”字段,若其与维护缓冲队列中该信息的产生时间一致则为旧信息,忽略此消息并结束当前过程;否则为需要更新的信息,将维护缓冲队列中的旧信息删除,添加需要更新的信息到维护缓冲队列中,无人机集群成员还需无人机集群广播收到的信息;
读取信息的“目的成员ID”字段,若其与接收该信息的无人机ID一致或为广播信息,则对“数据内容”字段数据进行逻辑处理后,结束当前处理过程;否则该信息无需接收该信息的无人机处理,结束当前处理过程。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:
集群内的无人机成员以及地面指挥系统在无信息发送任务时,还需对自身信息维护缓冲队列中的数据进行实时维护。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,依据无人机成员和地面指挥系统所属的群ID和信息索引依次轮询各缓存信息,读取“信息失效时间”字段,根据本机时间判断信息是否失效。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,若信息失效时间大于当前时间或信息失效时间为长期有效信息,则信息未失效,读取信息的全部数据,重新将该信息广播至无人机集群中;否则该信息失效,在信息维护缓冲队列中删除该信息。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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