基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方法及系统，该方法包括：监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障；在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图；计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。通过在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图，以及计算修改后的编队通信图的最小树形图以重构无人机编队通信拓扑，实现了在检测到通信故障之后，快速重构通信拓扑以避免发生UAV碰撞事故并恢复编队队形。
【专利说明】
基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方法及系统
技术领域
[0001] 本发明设及无人机通信技术领域，尤其设及一种基于最小树形图的无人机编队通 信拓扑重构方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在巡航阶段，所有无人机(UAV)使用初始的最优通信拓扑W保持一定的编队队形 朝目标区域飞行。此通信拓扑中的通信链接只是UAV之间所有可用的通信链接集合的一部 分，即有部分通信链接是没有被使用的，称之为冗余通信链接。由于机械故障或外界干扰等 原因，编队飞行过程中某个或多个UAV可能会发生通信故障，使得当前通信拓扑中的某些通 信链接不能够被使用，从而导致UAV不能继续保持编队队形，严重时甚至会导致UAV碰撞事 故。因此，如何通过重构无人机编队通信拓扑，即选择某些冗余通信链接来代替原有通信拓 扑中那些不能被使用的通信链接，W避免发生UAV碰撞事故并恢复编队队形成为了亟需解 决的技术问题。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓 扑重构方法及系统，实现了在检测到通信故障之后，快速重构通信拓扑W避免发生UAV碰撞 事故并恢复编队队形。
[0004] 第一方面，本发明提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方 法，包括：
[0005] 监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障；
[0006] 在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图；
[0007] 计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通信拓 扑。
[000引可选的，所述根据通信故障的类型修改编队通信图，包括：
[0009] 在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机 的对应节点和该节点的所有边删除；
[0010] 在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有出边删除；
[0011] 在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有入边删除；
[0012] 在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无 人机的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。
[0013] 可选的，在根据通信故障的类型修改编队通信图之后，所述方法还包括：
[0014] 在所述修改后的编队通信图中，若无人机的对应节点被删除或无人机的对应节点 的所有边被删除，则所述无人机关闭自身的单播发射机，并脱离编队。
[0015] 可选的，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和该虚拟领航者节点到所有候选 的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图；
[0016] 相应的，计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队 通信拓扑，包括：
[0017] 若所述最小树形图存在，则将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删 除，得到重构后的无人机编队通信拓扑。
[0018] 第二方面，本发明还提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构系 统，包括：
[0019] 判断模块，用于监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障；
[0020] 编队通信图修改模块，用于在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型 修改编队通信图；
[0021] 计算模块，用于计算修改后的编队通信图的最小树形图；
[0022] 编队通信拓扑重构模块，用于根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。
[0023] 可选的，所述编队通信图修改模块，用于：
[0024] 在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机 的对应节点和该节点的所有边删除；
[0025] 在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有出边删除；
[0026] 在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有入边删除；
[0027] 在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无 人机的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。
[002引可选的，所述系统还包括：
[0029] 单播发射机关闭模块，用于在所述修改后的编队通信图中无人机的对应节点被删 除或与无人机的对应节点的所有边被删除时，关闭所述无人机的单播发射机，并向所述无 人机发送脱离编队的信号。
[0030] 可选的，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和该虚拟领航者节点到所有候选 的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图；
[0031] 相应的，所述编队通信拓扑重构模块，用于：
[0032] 在所述最小树形图存在时，将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删 除，得到重构后的无人机编队通信拓扑。
[0033] 由上述技术方案可知，本发明提供一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重 构方法及系统，通过在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图， W及计算修改后的编队通信图的最小树形图W重构无人机编队通信拓扑，实现了在检测到 通信故障之后，快速重构通信拓扑W避免发生UAV碰撞事故并恢复编队队形。
【附图说明】
[0034] 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，在不付出创造性劳动的前提下，还可w 根据运些图获得其他的附图。
[0035] 图1为本发明一实施例提供的基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方法 的流程示意图；
[0036] 图2为本发明一实施例提供的基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构系统 的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037] 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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 图1示出了本发明实施例提供的一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重构 方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括W下步骤：
[0039] 101、监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障。
[0040] 102、在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图；
[0041] 103、计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通 信拓扑。
[0042] 上述方法通过在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信 图，W及计算修改后的编队通信图的最小树形图W重构无人机编队通信拓扑，实现了在检 测到通信故障之后，快速重构通信拓扑W避免发生UAV碰撞事故并恢复编队队形。
[0043] 上述步骤102中所述根据通信故障的类型修改编队通信图，包括W下几个方面：
[0044] 在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机 的对应节点和该节点的所有边删除；
[0045] 在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有出边删除；
[0046] 在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有入边删除；
[0047] 在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无 人机的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。
[0048] 在步骤102中根据通信故障的类型修改编队通信图之后，所述方法还包括：
[0049] 在所述修改后的编队通信图中，若无人机的对应节点被删除或无人机的对应节点 的所有边被删除，则所述无人机关闭自身的单播发射机，并脱离编队。
[0050] 其中，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和该虚拟领航者节点到所有候选的 编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图。
[0051] 相应的，上述步骤103中计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果， 重构无人机编队通信拓扑，包括：
[0052] 若所述最小树形图存在，则将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删 除，得到重构后的无人机编队通信拓扑。
[0053] 在对上述方法进行详细说明之前，首先对UAV形成和保持编队队形的编队控制方 法W及编队通信拓扑进行说明。
[0054] UAV形成和保持编队队形的编队控制方法主要有四种:领航-跟随者策略（leader- follower strategy)、虚拟结构策略 （virtual structure strategy)、行为策略 (behavioral strategy)、一致性策略（consensus-based strategy)。其中，领航-跟随者策 略最为成熟，它的基本思想是：编队中的只有一个U A V作为编队领航者（f 0 r m a t i 0 η leader),它按照预定的编队参考航迹飞行;其余UAV作为跟随者(follower),它们直接或间 接地跟随编队领航者，比如：一个UAV可能直接跟随编队领航者，也可能跟随另外一个直接 或间接跟随编队领航者的UAV。如果第i个无人机UAVi直接跟随第j个无人机UAVj，UAVi称为 UAVj的跟随者，UAVj称为UAVi的领航者。UAVj会每隔Tcontroi秒通过点对点的通信链接向UAVi 发送自己的位置、速度和方向信息。当UAVi接收到运些信息后，将据此来调整自身的速度和 方向W实现和UAVj之间保持预期的相对位置。当所有的UAV都能实现和其领航者保持预期 的相对位置时，就实现了编队队形的保持。
[0055] 假设η个UAV使用领航-跟随者策略来形成和保持一个编队队形S，S中的η个位置分 别编号为{1，2, ···，!!}，每个UAV可W位于S中的任意一个位置，某几个UAV但并不是所有的 UAV可W作为编队领航者(运些UAV又被称为候选的编队领航者），每个UAV可W通过点对点 通信链接和其它任意UAV进行信息交互，每个通信链接的通信代价由其相应的通信距离决 定。因此，可W用一个加权有向图G=(V，E，W，P)来表示编队中UAV之间所有可用的通信链 接，并简称为编队通信图：
[005引（l)V={vi}是图中的节点集合，其中Vi表示第i个无人机UAVi。
[0057] (2) f二{?,} G K X F，1《i，j《η是图中的边集合，其中叫表示从UAVi到UAVj有一 个可用的通信链接从而使得UAVi能发送信息给UAVj，即UAV巧W成为UAV撕领航者。
[005引（3)W={w(eij)}，eijEE是图中每条边的权值集合，其中w(eij)表示ey的通信代价。
[0059] (4)P={pi}，l《i《n是每个UAV在编队队形S的具体位置集合，简称为UAV位置配 置(UAV position configuration),其中Pi表示UAVi在S中的具体位置。
[0060] 根据前面的描述可知，每个UAV只需要从其领航者接收信息和发送信息给其跟随 者，运意味着不需要使用所有可用的通信链接就可W实现编队队形的形成和保持，其中所 使用的通信链接的集合被称为UAV编队的通信拓扑（communication topology)，没有被使 用的通信链接被称为冗余通信链接。因此，UAV编队的通信拓扑A=(V，E^W^P)是其编队通 信图G= (V，E，W，P)的一个特殊子图，其中r c E，旷C：咏'。令w(A)表示通信拓扑A的通信 代价，即韦
'通信拓扑A具有如下两个特性。
[0061] 定理1:基于领航-跟随者策略的UAV编队的通信拓扑A必须是其编队通信图G的一 棵生成树（spanning tree)，但是其编队通信图G的一棵生成树并不一定能作为其通信拓 扑。
[0062] 定理2:基于领航-跟随者策略的UAV编队的通信拓扑A必须是其编队通信图G的一 棵生成树(spanning化ee)，并且其根节点所表示的UAV必须能够作为编队领航者;反之亦 然。
[0063] 由于机械故障或外界干扰等原因，编队飞行过程中某个或多个UAV可能会发生通 信故障，使得当前通信拓扑中的某些通信链接变得不可用，从而导致UAV不能继续保持编队 队形，严重时甚至会导致UAV碰撞事故。因此，需要通过重构无人机编队通信拓扑，即选择某 些冗余通信链接来代替原有通信拓扑中那些不可用的通信链接，W避免发生UAV碰撞事故 并恢复编队形；又由于不同的通信链接具有不同的通信代价，因此需要选择合适的冗余通 信链接W保证重构后的通信拓扑对应的编队通信代价(即重构后的通信拓扑中的通信链接 的代价之和)最小。
[0064] 因此，通信故障下的通信拓扑重构问题就是找到删除出现通信故障的节点或边之 后的编队通信图G的一棵满足如下条件的生成树:具有最小的通信代价并且其根节点代表 的UAV能够作为编队领航者。本实施例将此问题建模为图论中的最小树形图(minimum cost a;rborescence，MCA)问题，即求解一个加权有向图的最小生成树。求解MCA问题的第一个算 法是Edmonds算法，其计算复杂度为0( I E I X I V I )，后来Gabow等人又提出了一个针对 E血onds算法的更快的实现，其计算复杂度为0( |E| + |V| Xlog|V| )。
[0065] 下面通过具体的实施例对本发明提出的一种基于最小树形图的无人机编队通信 拓扑重构方法进行详细说明：
[0066] 通信故障发生之后，通信拓扑重构的执行必须是分布式的W获得更短的执行时 间，并且所有UAV的计算结果必须保持一致，因此所有UAV必须及时地获知到同样的通信故 障信息。为此，基于现有技术中的方法，假设每个UAV都能使用一个广播通信信道 (broadcast communication channel，BC)来获得同样的通信故障信息：（1)每个UAV都有一 个单播发射机(unicast transmitter)和一个单播接收机(unicast receiver)W进行点对 点通信，每个UAV都有一个广播发射机（broadcast transmitter)和一个广播接收机 (broadcast receiver) W通过BC进行广播通信。（2)每个UAV每隔Tactive秒会通过BC上报其 状态。（3)当一个UAV检测到某个通信故障时，它会立即通过BC通知其他UAV。
[0067] 除了现有技术中考虑的四种通信故障外，还考虑另外两种通信故障：广播发射机 故障（broadcast transmitter failure)和广播接收机故障（broadcast receiver failure)。所有六种通信故障类型如表1所示。
[0068] 表 1
[0069]
[0070]
[0071] 针对此六种通信故障，假设所有UAV具有同样的如下所述的通信故障诊断策略：
[0072] (1)当UAVi发生单播发射机故障、单播接收机故障、单播收发机故障或者广播接收 机故障中的任何一种通信故障时，UAVi自身能够检测到此故障，UAVi将记录下此故障发生时 的时间戳并通过BC将此故障和相应的时间戳信息通知其他UAV。
[0073] (2)当UAV泼生广播发射机故障时，UAVi自身能够检测到此故障但不能通过BC通知 其他UAV，Tactive秒之后，其他UAV由于不能收到UAVi上报的状态将判定UAVi出现了广播发射 机故障，并记录下此故障发生时的时间戳。
[0074] (3)当eu出现链接中断并且UAVi是UAVj的领航者，UAVj将不能接收到UAVi发送的位 置、速度和方向信息.Tattive秒之后，如果UAV迫身没有发生单播接收机故障并且没有通过 BC收到UAVi的单播发射机故障信息，UAVj将判定eij出现了链接中断，然后UAVj将记录此故障 的时间戳，然后通过BC此故障和相应的时间戳信息通知其他UAV。
[0075] (4)如果一个UAV在Tactive秒之内接收到两个及W上的通信故障信息，则只处理时 间戳最早的那个通信故障，而把剩余的通信故障留到下一个Tactive秒再去处理。运样可W避 免UAV之间的决策出现冲突，从而使得所有UAV能够得到一致的通信故障处理结果。
[0076] 基于上述的通信故障诊断策略，每个UAV能够及时地获得通信故障的信息，然后每 个UAV可W删除编队通信图G中出现故障的边或者节点，再运行Edmonds算法来获得G的最小 树形图A。如果A的根节点VI代表的UAV能够作为编队领航者，则A是一个可行的通信拓扑，即 所有UAV可W重构通信拓扑为AW继续保持编队队形;否则A不是一个可行的通信拓扑，即所 有UAV不能使用A来保持编队队形，但运种情况下并不代表一定不存在另外一个可行的通信 拓扑。为了解决运个问题，本实施例首先在原有的编队通信图G上添加一个称为虚拟领航者 (Virtual Leader，VL)的特殊节点和其相应的具有特定权值的出边，从而形成一个新的编 队通信图 G'=(V'，E'，W'，P'）：
[0077] (l)V' = {vo}UV是图G'的节点集合，其中VO是虚拟领航者化，其代表了预定编队参 考航迹中的一个虚拟点。
[007引（2化' ={eok} UE, l《k《n是图G'的边集合，其中eok表示第k个无人机UAVk知道预 定编队参考航迹，即UAVk是候选的编队领航者。
[0079] (3)胖' ={巧(6化)叫胖，6化即'是图6'的每条边的权值集合，其中乂日的所有出边都具 有同样的权值
，即w(eok)比原有的编队通信图G中的所有 边的权值之和还要大1。
[0080] (4)P = {Pi}，1《i《η是每个UAV在编队队形S的具体位置集合，简称为UAV位置配 置(UAV position configuration),其中Pi表示UAVi在S中的具体位置。
[0081] 基于G'的定义，可W得出如下结论。
[0082] 定理3:如果新的编队通信图G'的最小树形图A'存在并且A'中V0只有一条出边，贝U 在原有的编队通信图G基础上的编队的最优通信拓扑A存在，并且它是A'中删除V0和V0的出 边之后的结果。
[0083] 然后，基于W上分析，本实施例提出了一个分布式的基于最小树形图的通信故障 下的通信拓扑重构算法，如表2所示。当通信故障发生时每个UAV将会执行此算法，WUAVi为 例，当它通过BC从其他UAV接收到一个通信故障通知或者检测到自身发生通信故障时，它就 会运行此算法。
[0084] 表 2
[0085]
[0086]
[0087] 每个UAV执行此算法后，编队中剩余的UAV将迅速切换到重构后的通信拓扑W恢复 编队队形。此算法的运行时间主要由Step7所决定，而Step7中使用的是Gabow等人提出的 Edmonds算法的更快实现，因此本实施例提出的通信故障下的通信拓扑重构算法的计算复 杂度为0(|E' | + |v' I Xloglv' I)，其中|E' |《|E| + |v|，IV' I《|v|+1。和现有的通信故障下 的通信拓扑重构算法相比，此算法具有如下优点：
[0088] (1)时间复杂度更低。
[0089] (2)重构后的通信拓扑对应的编队通信代价更小。
[0090] (3)能够处理更多的通信故障类型。
[0091] 图2示出了本发明一实施例提供的一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重 构系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：
[0092] 判断模块21，用于监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障；
[0093] 编队通信图修改模块22,用于在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类 型修改编队通信图；
[0094] 计算模块23,用于计算修改后的编队通信图的最小树形图；
[00M]编队通信拓扑重构模块24,用于根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。
[0096]在本实施例的一个优选的实施方式中，所述编队通信图修改模块，用于：
[0097] 在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机 的对应节点和该节点的所有边删除；
[0098] 在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有出边删除；
[0099] 在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的 所有入边删除；
[0100] 在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无 人机的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。
[0101 ]在本实施例的一个优选的实施方式中，所述系统还包括：
[0102] 单播发射机关闭模块，用于在所述修改后的编队通信图中无人机的对应节点被删 除或与无人机的对应节点的所有边被删除时，关闭所述无人机的单播发射机，并向所述无 人机发送脱离编队的信号。
[0103] 在本实施例的一个优选的实施方式中，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和 该虚拟领航者节点到所有候选的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图；
[0104] 相应的，所述编队通信拓扑重构模块，用于：
[0105] 在所述最小树形图存在时，将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删 除，得到重构后的无人机编队通信拓扑。
[0106] 需要说明的是，上述系统与上述方法是一一对应的关系，上述方法的实施细节同 样适用于上述系统，本实施例不再对上述系统进行详细说明。
[0107] 本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可W 在没有运些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技 术，W便不模糊对本说明书的理解。
[0108] 类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多 个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个 实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要 求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如 下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。 因此，遵循【具体实施方式】的权利要求书由此明确地并入该【具体实施方式】，其中每个权利要 求本身都作为本发明的单独实施例。
[0109] 本领域技术人员可W理解，可W对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变 并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可W把实施例中的模块或单元或 组件组合成一个模块或单元或组件，W及此外可W把它们分成多个子模块或子单元或子组 件。除了运样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可W采用任何组合 对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征W及如此公开的任何方 法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要 求、摘要和附图）中公开的每个特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0110] 此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的 范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任 意之一都可ww任意的组合方式来使用。
[0111] 本发明的各个部件实施例可硬件实现，或者W在一个或者多个处理器上运行 的软件模块实现，或者W它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可W在实践中使用 微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一种浏览器终端的设备中 的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可W实现为用于执行运里所描述的方 法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品）。运样的 实现本发明的程序可W存储在计算机可读介质上，或者可W具有一个或者多个信号的形 式。运样的信号可W从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者W任何其他形 式提供。
[0112] 应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领 域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中， 不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词"包含"不排除存在未 列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词"一"或"一个"不排除存在多个运样的 元件。本发明可W借助于包括有若干不同元件的硬件W及借助于适当编程的计算机来实 现。在列举了若干装置的单元权利要求中，运些装置中的若干个可W是通过同一个硬件项 来具体体现。单词第一、第二、W及第Ξ等的使用不表示任何顺序。可将运些单词解释为名 称。
[0113] 最后应说明的是：W上各实施例仅用W说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换；而运些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
【主权项】
1. 一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方法，其特征在于，包括： 监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障； 在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图； 计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据通信故障的类型修改编队通信 图，包括： 在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对 应节点和该节点的所有边删除； 在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有 出边删除； 在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有 入边删除； 在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无人机 的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据通信故障的类型修改编队通信图之 后，所述方法还包括： 在所述修改后的编队通信图中，若无人机的对应节点被删除或无人机的对应节点的所 有边被删除，则所述无人机关闭自身的单播发射机，并脱离编队。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和 该虚拟领航者节点到所有候选的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图； 相应的，计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通信 拓扑，包括： 若所述最小树形图存在，则将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删除，得 到重构后的无人机编队通信拓扑。5. -种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构系统，其特征在于，包括： 判断模块，用于监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障； 编队通信图修改模块，用于在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改 编队通信图； 计算模块，用于计算修改后的编队通信图的最小树形图； 编队通信拓扑重构模块，用于根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述编队通信图修改模块，用于： 在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对 应节点和该节点的所有边删除； 在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有 出边删除； 在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有 入边删除； 在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无人机 的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。7. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 单播发射机关闭模块，用于在所述修改后的编队通信图中无人机的对应节点被删除或 与无人机的对应节点的所有边被删除时，关闭所述无人机的单播发射机，并向所述无人机 发送脱离编队的信号。8. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和 该虚拟领航者节点到所有候选的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图； 相应的，所述编队通信拓扑重构模块，用于： 在所述最小树形图存在时，将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删除，得 到重构后的无人机编队通信拓扑。
【文档编号】H04L12/24GK105871636SQ201610383796
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】罗贺, 王国强, 胡笑旋, 马华伟, 靳鹏, 夏维
【申请人】合肥工业大学