一种数据传输方法及系统与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种数据传输方法及系统。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机因其自身体积小，灵活性强等优点，在军事、民用领域都扮演着非常重要的角色。

现有的无人机集群网络中，采用多跳通信方式进行数据传输，无人机的数据传输到控制站需要经过路径上的多个无人机转发，其中，无人机的主要作用是作为空中基站。每个无人机覆盖一片区域，在该区域的移动终端将数据发送给无人机，无人机接收数据后将数据转发至对应的移动终端，无人机在整个数据传输的过程中扮演着中继的角色，且现有的无人机集群网络中采用的是无人机电量低时直接返航，然后释放替代无人机的工作方式。

但是，因为无人机的续航时间一般情况下比较短，随着实际应用中数据业务的爆发式增长，现有的无人机集群网络中，采用多跳通信方式进行数据传输，无人机集群网络的容量受制于到地面控制站最后一跳的容量瓶颈，但是越靠近地面控制站，数据传输量越大，使得整个无人机集群网络数据传输容量受限；同时，采用多跳通信方式进行数据传输，随着节点数目的增加，跳数也会相应增加，数据传输的时延也会随着增加。以上分析可得到，现有的无人机集群网络中数据传输的方法，使得数据传输过程中整个无人机集群网络的容量受限，数据传输的时延高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种数据传输方法及系统，以提高数据传输过程中无人机集群网络的容量，降低数据传输的时延。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种数据传输方法，应用于无人机集群网络，包括：

第一无人机根据所述第一无人机与第二无人机的交互信息，接收所述第二无人机发送的数据；其中，所述第一无人机为从无人机所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机，所述第二无人机为在所述第一无人机至控制站的返航路径的通信范围内的无人机；

所述第一无人机携带所述数据，并按照所述返航路径飞行至所述控制站；

所述第一无人机转发所述数据至所述控制站。

可选的，所述第一无人机根据所述第一无人机与第二无人机的交互信息，接收所述第二无人机发送的数据，包括：

当所述第一无人机检测到在所述返航路径上存在所述第二无人机时，向所述第二无人机发送第一数据传输请求信息；

接收所述第二无人机发送的所述数据；

或者，

当所述第一无人机接收到所述第二无人机发送的第二数据传输请求信息，向所述第二无人机返回同意数据传输的响应信息；

接收所述第二无人机针对所述响应信息发送的数据。

可选的，所述接收所述第二无人机发送的数据，包括：

获取第一信道，其中，所述第一信道为将多个无人机组成的无人机集群网络的信道划分后得到的信道；

所述第一无人机通过所述第一信道，接收所述第二无人机发送的数据；

所述第一无人机转发所述数据至所述控制站，包括：所述第一无人机通过所述第一信道转发所述数据至所述控制站。

可选的，所述第一无人机通过所述第一信道，接收所述第二无人机发送的数据，包括：

获取多个不重叠的第一时隙，不同的所述第一无人机利用各自的第一时隙，接收所述第二无人机发送的数据，其中，所述第一时隙为通过时分多址技术，将所述第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙；

所述第一无人机通过所述第一信道转发所述数据至所述控制站，包括：

获取多个不重叠的第二时隙，不同的所述第一无人机利用各自的所述第二时隙，转发所述数据至所述控制站，其中，所述第二时隙为通过时分多址技术，将所述第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙。

本发明实施例提供了一种数据传输方法，应用于无人机集群网络，包括：

第二无人机检测在与所述第二无人机，能够进行数据传输的通信范围内，存在第一无人机向控制站飞行；

所述第二无人机根据所述第一无人机与第二无人机的交互信息，向所述第一无人机发送数据传输请求信息；

当所述第二无人机接收到所述第一无人机发送的响应所述数据传输请求信息的响应信息时，向所述第一无人机发送数据。

可选的，所述方法还包括：

所述第二无人机获取所述第二无人机至所述控制站的直线路由路径；

将所述直线路由路径上的多个第三无人机作为中继节点，通过多跳传输，所述第二无人机将所述数据转发至所述控制站。

可选的，所述第二无人机将所述数据转发至所述控制站，包括：

获取第二信道，其中，所述第二信道为将多个无人机组成的无人机集群网络的信道划分后得到的信道；

通过所述第二信道，所述第二无人机将所述数据转发至所述控制站。

可选的，所述通过所述第二信道，所述第二无人机将所述数据转发至所述控制站，包括：

获取多个不重叠的第三时隙，其中，所述第三时隙为通过时分多址技术，将所述第二信道分割后得到的多个不重叠的时隙；

通过不同第三无人机的不同直线路由路径、对应的各自不同的所述第三时隙，所述第二无人机将所述数据转发至所述控制站，其中，所述第三无人机为在所述第二无人机至控制站的不同直线路由路径的通信范围内的无人机。

另外，本发明实施例还提供了一种数据传输系统，包括：

接收模块，用于第一无人机根据所述第一无人机与第二无人机的交互信息，接收所述第二无人机发送的数据；其中，所述第一无人机为从无人机所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机，所述第二无人机为在所述第一无人机至控制站的返航路径的通信范围内的无人机；

返航模块，用于所述第一无人机携带所述数据，并按照所述返航路径飞行至所述控制站；

第一转发模块，用于所述第一无人机转发所述数据至所述控制站。

本发明实施例还提供了另外一种数据传输系统，包括：

检测模块，用于第二无人机检测在与所述第二无人机，能够进行数据传输的通信范围内，存在第一无人机向控制站飞行；

发送请求模块，用于所述第二无人机根据所述第一无人机与第二无人机的交互信息，向所述第一无人机发送数据传输请求信息；

发送数据模块，用于当所述第二无人机接收到所述第一无人机发送的响应所述数据传输请求信息的响应信息时，向所述第一无人机发送数据。

本发明实施例提供的数据传输方法及系统，可以利用无人机从该无人机自身所在的当前位置向控制站的位置移动时，即无人机向控制站返航时，将在该无人机至控制站的返航路径的通信范围内的其他无人机的数据，携带、转发至控制站，提高数据传输过程中无人机集群网络的容量，降低数据传输的时延。同时，避免了现有技术利用多跳传输进行数据传输时，由于相同内容的重复传输而造成的时隙资源浪费。当然，实施本发明的任一产品或方法必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，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例应用场景示意图；

图2为本发明实施例数据传输方法的一种流程图；

图3为本发明实施例数据传输的协议一种说明示意图；

图4为本发明实施例数据传输的协议另一种说明示意图；

图5为本发明实施例数据传输方法的另一种流程图；

图6为本发明实施例多跳传输示意图；

图7为本发明实施例数据传输系统的一种结构示意图；

图8为本发明实施例数据传输系统的另一种结构示意图。

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。

现有的无人机集群网络采用多跳传输方式进行数据传输，无人机的数据传输到控制站需要经过多个无人机转发，且无人机网络的容量受制于到地面控制站最后一跳的容量瓶颈，而在数据传输中，网络容量以及网络中的时延是由节点数决定的，现有无人机集群网络的这种数据传输方法，使得数据传输过程中整个无人机集群网络的容量和数据传输的时延难以提升，针对此问题，本发明实施例提供了一种数据传输方法。

需要说明的是，本发明实施例应用于无人机集群网络，图1为本发明实施例应用场景示意图，参照图1对本发明实施例应用场景的无人机集群网络进行说明。

n个无人机均匀分布在一个半球之内，用来监测地面上的目标。假设无人机的飞行速度是v，无人机的续航时间是t₀。因此无人机飞行的范围，也就是半球的半径是是一个常数。在地面有一个控制站，控制站负责多个无人机的放飞、协调、控制、收集以及无人机的充电等。另外，无人机集群网络可以视为传感器网络，因此控制站可以视为传感器网络的宿节点。控制站负责收集无人机的监测数据。

常见的无人机有固定翼无人机、直升机和旋翼无人机，可选的，本发明实施例数据传输方法主要针对旋翼无人机。由于旋翼无人机的机械运动要耗费大量的能量，因此旋翼无人机的续航时间一般比较短。在市场上的旋翼无人机续航时间一般是30分钟左右。对于工业级的多旋翼无人机，理论续航时间可以达到65分钟，最大速度是16m/s，例如大疆MC4-1100无人机。现有的无人机集群网络采用的是无人机电量低时直接返航，替代无人机释放的工作方案。随着无人机集群网络中的数据业务爆发式增长，当使用现有的无人机集群网络，数据传输的成本会急剧增加，例如，数据传输时无人机集群网络的容量受限、以及数据传输的时延很高。因此，本发明实施例考虑当无人机返回控制站充电的时候，将返回控制站路径上的其它无人机的数据传输到控制站。例如在图1中，当无人机A返回控制站的时候，无人机A会遇到无人机B；然后无人机A可以存储无人机B的数据，然后无人机A将携带无人机B的数据，并将无人机B的数据转发到控制站。具体的数据传输方法下面进行详细说明。

图2为本发明实施例数据传输方法的一种流程图，参照图2对本发明实施例数据传输方法进行详细说明，包括：

步骤201，第一无人机根据第一无人机与第二无人机的交互信息，接收第二无人机发送的数据；其中，第一无人机为从无人机所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机，第二无人机为在第一无人机至控制站的返航路径的通信范围内的无人机。

无人机的耗电主要集中在机械运动部分，其通信的耗电量相比较于无人机机械部分的耗电很少。例如无人机的电池电量为6000mAH，如果这个电量用作无人机飞行，一般只可以飞行半个小时左右，如果用作通信，可能可以维持一天。机械运动和通信的耗能不在一个量级，所以第一无人机从自身所在的当前位置向控制站的位置移动，即向控制站返航时，携带在第一无人机至控制站的返航路径的通信范围内的第二无人机的数据是可行的。需要说明的是，第一无人机和第二无人机可以是无人机集群网络中的一个或者多个无人机。

无人机集群网络中的无人机建立与自身所在的当前位置向控制站的位置移动的返航无人机的链接，可以采用两种方法：一种是：所有的无人机都将自己的坐标、电量等极少量的状态信息发送给控制站，于是控制站了解所有无人机的状态信息，当无人机向控制站返航的时候，控制站就可以将该无人机的状态信息通知给其他的无人机，其他的无人机就可以了解到哪个无人机要向控制站返航，接着就可以建立数据连接；但是，这种方法需要无人机与控制站频繁的信息交互，虽然信息量不大，但是会增加网络的信令，也会增加控制的难度。所以本发明实施例采用下面这种方法：无人机都是完全自主飞行的，每一个无人机从控制站出发，自动飞行到预设的位置，当电量降到的水平，会自动返航，无人机的总电量为E，那么，无人机检测到自身的电量降为则进行返航。预留的电量ε一是为了保证无人机能够安全返航；另外也作为通信能耗，并且ε相比较于总电量E是个很小的值。此时，从自身所在的当前位置向控制站的位置移动的返航无人机，主动发送请求或者被动接受其他无人机的请求，进而建立数据连接，具体的，主动发送请求或者被动接受其他无人机的请求，进而建立数据连接的方法下面会详细介绍，这里就不再赘述。

步骤202，第一无人机携带数据，并按照返航路径飞行至控制站。

通过本发明实施例数据传输方法，当每个无人机都配备有限的存储空间后，可以将接收到的其他无人机的数据存储在存储空间内，第一无人机接收到第二无人机发送的数据后，携带第二无人机的该数据按照第一无人机的返航路径飞行至控制站。具体的，因为本发明实施例无人机采用的是完全自主飞行的，所以每个无人机从当前位置返回至控制站，即每个无人机返航的返航路径是预先确定好的，所以第一无人机接收到第二无人机发送的数据后，按照该第一无人机的返航路径飞行至控制站，就可以将第二无人机的数据带回至控制站。

步骤203，第一无人机转发数据至控制站。

第一无人机携带第二无人机的数据至控制站，将数据转发至控制站，如此就完成了通过第一无人机将在其返航路径上的第二无人机的数据转发至控制站的过程，即实现了利用无人机返航时，将在其返航路径上的其他无人机的数据携带、转发至控制站。

本发明实施例数据传输方法，利用从无人机自身所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机，将在该无人机至控制站的返航路径的通信范围内的其他无人机的数据，携带、转发至控制站，避免了现有技术中通过多跳传输容量受限的问题，提高数据传输过程中无人机集群网络的容量，降低数据传输的时延。

从自身所在的当前位置向控制站的位置移动的第一无人机，进而建立数据连接，可以通过主动发送请求或者被动接受第二无人机的请求完成。在本发明一种可选的实施例中，第一无人机在返航时，主动向其返航路径上的第二无人机发送数据传输的请求，包括：

首先，当第一无人机检测到在返航路径上存在第二无人机时，向第二无人机发送第一数据传输请求信息。

然后，接收第二无人机发送的数据。

第一无人机检测自身达到返航条件时，具体的可以为，第一无人机检测到其自身的电量达到预设值时，则第一无人机要返航，此时，第一无人机检测在该第一无人机的返航路径上存在第二无人机，主动向第二无人机发送数据传输请求信息。当第二无人机同意该数据传输请求信息，则可以先向第一无人机反馈同意信息，再发送数据，或者当第二无人机接收到第一无人机发送的数据传输请求后，直接向第一无人机发送数据。

在本发明的另一种可选的实施例中，第一无人机不主动发送数据传输的请求，而是等待第二无人机的数据传输请求，具体包括：

首先，当第一无人机接收到第二无人机发送的第二数据传输请求信息，向第二无人机返回同意数据传输的响应信息。

然后，接收第二无人机针对响应信息发送的数据。

当第二无人机检测到在与第二无人机，能够进行数据传输的通信范围内，存在第一无人机向控制站飞行，则向该第一无人机发送数据传输请求信息，当第一无人机接收到第二无人机发送的该数据传输请求信息时，向第二无人机发送响应该数据传输请求信息的响应信息，即同意与第二无人机建立连接进行数据传输。

当第二无人机接收到第一无人机发送的响应数据传输请求信息的响应信息时，则表示建立第一无人机与第二无人机进行数据传输的连接完成，此时，第二无人机将其数据发送至第一无人机，第一无人机携带该数据，将该数据转发至控制站。

当无人机集群网络中无人机数量不多的时候，显然现有技术中多跳传输效率更高，因为无人机等待到一架无人机返航的概率不高，这时本发明实施例中通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据的效率比多跳传输的效率低；当无人机集群网络中无人机的数量非常多的时候，多跳传输因为跳数的增加，在容量和时延方面的优势都不明显，这时因为无人机等待到一架无人机返航的概率增加，所以本发明实施例中通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据的效率很高，所以本发明实施例中可以包括多跳传输和通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据两种方法，使得本发明数据传输时可以综合多跳传输和通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据的优势。

将无人机集群网络的整个信道W划分成两部分，即W₁和W₂，且W₁+W₂＝W。多跳传输和通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据分别占用信道W₁和W₂。

在本发明实施例数据传输方法的一种可实现方式中，本发明实施例通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据通过第一信道，如信道W₁，进行数据传输，包括：

首先，获取第一信道，其中，第一信道为将无人机集群网络的整个信道W划分后得到的信道W₁。

然后，第一无人机通过第一信道，接收第二无人机发送的数据。

最后，第一无人机转发数据至控制站，包括：第一无人机通过第一信道转发数据至控制站。

通过将无人机集群网路的信道划分为第一信道和第二信道两部分，利用无人机返航时将该无人机的返航路径上的其他无人机的数据携带、转发至控制站时，利用第一信道进行数据传输；多跳传输利用第二信道进行数据传输，如此使得本发明实施例数据传输方法同时支持多跳传输方式和利用无人机返航时将该无人机的返航路径上的其他无人机的数据携带、转发至控制站的方式，实现无人机集群网络中是否包括大量的无人机时，都可以保证数据传输的效率。

本发明实施例一种可选的实施例中，具体的数据传输过程，可以包括：

获取多个不重叠的第一时隙，不同的第一无人机利用各自的第一时隙，接收第二无人机发送的数据，其中，第一时隙为通过时分多址技术，将第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙。

第一无人机通过第一信道转发数据至控制站，包括：

获取多个不重叠的第二时隙，不同的第一无人机利用各自的第二时隙，转发数据至控制站，其中，第二时隙为通过时分多址技术，将第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙。

为了提高数据传输过程中对信道的利用率，可以通过时分多址技术，将第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙，不同的第一无人机利用各自的时隙进行数据传输。

图3为本发明实施例数据传输的协议一种说明示意图，图4为本发明实施例数据传输的协议另一种说明示意图，参照图3和图4对本发明按照网络协议进行数据传输的过程进行详细说明。

图3为如图1所示的本发明实施例应用场景示意图的一个切片图，为了协调可能存在的传输干扰和碰撞，半球的外接长方体被划分为边长为的立方体，其中，s_n为半球外接长方形划分的立方体边长，L为无人机飞行的距离，n为无人机集群网络中无人机的个数，C₀为三维网络中一跳链路的容量，c₀>0。为了表述的简单，定义其中c₁的物理含义是图3所示的半球的体积，如图3所示，在球体内部的立方体是真实的立方体，真实的立方体内部有无人机。反之，在半球外部的立方体是虚拟立方体，虚拟的立方体内部没有无人机。其中每个立方体的地理位置信息存储于地面控制站。为了设计的方便，我们采用立方体来划分整个区域，然后构建27-TDMA(Time division multiple access，时分多址)协议，即27个立方体形成一个簇，簇内立方体的发射机以轮询的方式循环来发射信号，其中每27个立方体形成一个簇，簇内允许存在虚拟立方体。对立方体从1到27进行编号。整个信道的传输帧被分成27个时隙，其中27个时隙被分别分配给簇内的每个立方体来传输数据，例如立方体i利用时隙i传输，其中i＝1,2,…27。因为所有立方体的信息存储于地面控制站，当无人机从地面控制站起飞，到达预设的立方体的时候，无人机明确自己应该在什么时隙进行发射，另外无人机发射的功率是其中P₀是常数，β是路损因子。然而，无人机分布的区域是一个半球，所以半球外部的立方体没有无人机，定义为虚拟立方体。当虚拟立方体处于活跃状态时，虚拟立方体内并没有发射机来发送数据。也就是说，虚拟立方体的存在是为了27-TDMA协议设计的方便。每个立方体中的无人机发送数据的时隙对于该无人机是已知的，所以每个无人机通过自身的时隙进行数据传输。

对于一个存在n个无人机集群网络，标记落在一个立方体内部的无人机数量为M，其中M是一个随机变量，因为，可以得到M＝Θ(logn)，每个立方体内部以高概率存在Θ(logn)个无人机。同时，每个无人机所在的立方体和无人机相邻的6个立方体称为无人机的邻域。

从无人机所在的当前位置向控制站的位置移动的第一无人机，根据第一无人机与在第一无人机至控制站的返航路径的通信范围内的第二无人机的交互信息，接收第二无人机发送的数据；携带该数据返航至控制站，并将数据转发至控制站，如图4所示，如果有一个无人机返航时经过无人机A的邻域，即当一个无人机返航时经过或者立方体V的邻居立方体时，在立方体V内部的无人机可以通过第一信道将数据传输给返航的无人机，然后返航的无人机将数据携带、转发到控制站，无人机A的邻域的外接球如图4所示。同时，在返航的无人机经过无人机A邻域的这段时间之内，无人机A可以将数据传输给返航无人机。

对应于上述的返航的第一无人机等待第二无人机的数据传输请求，建立连接进行数据传输的方法，图5为本发明实施例数据传输方法的另一种流程图，包括：

步骤501，第二无人机检测在与第二无人机，能够进行数据传输的通信范围内，存在第一无人机向控制站飞行。

第二无人机检测在其通信范围内是否有第一无人机要返航，即是否有第一无人机从其自身的当前位置向控制站飞行。通俗地讲，无人机是悬停在指定的地点，所以当无人机检测到有无人机向它靠近，并且是向着控制站的方向飞行，则判断为有第一无人机要返航。

步骤502，第二无人机根据第一无人机与第二无人机的交互信息，向第一无人机发送数据传输请求信息。

对应于上述的第一无人机根据第一无人机与第二无人机的交互信息，接收第二无人机发送的数据，当第二无人机检测到在与第二无人机，能够进行数据传输的通信范围内，存在第一无人机向控制站飞行，则向该第一无人机发送数据传输请求信息，当第一无人机接收到第二无人机发送的该数据传输请求信息时，向第二无人机发送响应该数据传输请求信息的响应信息，即同意与第二无人机建立连接进行数据传输。

步骤503，当第二无人机接收到第一无人机发送的响应数据传输请求信息的响应信息时，向第一无人机发送数据。

当第二无人机接收到第一无人机发送的响应数据传输请求信息的响应信息时，则表示建立第一无人机与第二无人机进行数据传输的连接完成，此时，第二无人机将其数据发送至第一无人机，第一无人机携带该数据，将该数据转发至控制站，至此完成整个的数据传输过程。具体的第一无人机携带、转发数据至控制站，在上文中已经进行了详细的说明，此处不再赘述。

本发明实施例数据传输方法，无人机集群网络中的无人机返航时，主动向在其返航路径上的无人机发送请求，或者等待返航路径上的无人机发送请求，使得返航的无人机与在该无人机的返航路径上的无人机建立数据连接，并通过返航的无人机将在该无人机的返航路径上的无人机的数据，携带、并转发至控制站，提高数据传输时无人机集群网络的容量以及降低数据传输的时延。

图6为本发明实施例多跳传输示意图，参照图6对本发明实施例通过多跳传输进行数据传输的过程进行详细说明，包括：

第一步，第二无人机获取第二无人机至控制站的直线路由路径。

第二步，将直线路由路径上的多个第三无人机作为中继节点，通过多跳传输，第二无人机将数据转发至控制站。

如图6所示，当源节点X_i要发送数据给目的节点Y_i的时候，可以得到一条连接源节点X_i与目的节点Y_i的直线L_i，L_i会切割一些立方体；然后源节点X_i的数据沿着被切割的立方体，依次发送到被切割的立方体内部的某个无人机上面，直到最终到达目的节点Y_i。将第二无人机的数据转发至控制站，则第二无人机如图6中的源节点X_i，控制站则如图6中所示的目的节点Y_i，可获得第二无人机至控制站的直线转发路径，将直线路由路径上的多个第三无人机作为中继节点，即如图6中所示的L_i会切割一些立方体，立方体内部有无人机，依次通过直线转发路径上的无人机将数据转发至控制站。

对应于上述的通过无人机返航时携带、转发其返航路径上无人机的数据通过第一信道，进行数据传输；通过多跳传输方式进行数据传输，利用将无人机集群网络的整个信道W划分后得到的第二信道进行数据传输，包括：

获取第二信道，其中，第二信道为将多个无人机组成的无人机集群网络的信道划分后得到的第一信道和第二信道中的第二信道。

通过第二信道，第二无人机将数据转发至控制站。

通过将无人机集群网路的信道划分为第一信道和第二信道两部分，利用无人机返航时将该无人机的返航路径上的其他无人机的数据携带、转发至控制站时，利用第一信道进行数据传输；多跳传输利用第二信道进行数据传输，如此使得本发明实施例数据传输方法同时支持多跳传输方式和利用无人机返航时将该无人机的返航路径上的其他无人机的数据携带、转发至控制站的方式，且都可以保证数据传输的效率。

本发明实施例的一种可实现方式中，通过所述第二信道，第二无人机将数据转发至所述控制站，包括：

首先，获取多个不重叠的第三时隙，其中，第三时隙为通过时分多址技术，将第二信道分割后得到的多个不重叠的时隙；

然后，通过不同第三无人机的不同直线路由路径、对应的各自不同的第三时隙，第二无人机将数据转发至控制站，其中，第三无人机为在第二无人机至控制站的不同直线路由路径的通信范围内的无人机。

参照图3，每个立方体都有其自身总的时隙进行数据传输，当处在第二无人机所在的时隙内时，第二无人机根据第二无人机至控制站的直线路由路径，通过第二信道，将数据转发至控制站，同时，在实际的应用过程中，可以将每个立方体自身的总的时隙分割为多个包时隙，每个经过或者源于这个立方体的路由使用一个包时隙来进行数据传输。

本发明实施例数据传输方法，利用从无人机自身所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机，将在该无人机至控制站的返航路径的通信范围内的其他无人机的数据，携带、转发至控制站，提高数据传输过程中无人机集群网络的容量，降低数据传输的时延，同时，避免了多跳传输中相同数据内容的重复传输造成的资源浪费。

另外，本发明实施例通过下面的推论，证明本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的方法的优越性。具体的证明过程如下：

首先，说明证明过程中用到的主要变量，如下面表1所示：

表1

参照图3和图4所示，需要说明的是，返航无人机即为从无人机所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机。一个返航无人机经过一个立方体的时间为其中因此一个返航无人机可以携带的数据量为于是在单位时间之内，通过返航无人机可以携带的数据量为：

其中λ(n)是k的函数，例如单位时间内通过无人机A的邻域的无人机数目正比于k。定义无人机A距离控制站的距离为x，那么随着x的增加，单位时间内通过无人机A的邻域的无人机数目在减少，同时通过存储携带转发模式传输的数据量也在减少。如果返航无人机均匀地分布的时候，返航无人机能贡献最大的容量。在t₀时间之内，最多有k_th个无人机能够均匀地不重叠地通过无人机A的邻域，其中k_th如下：

如果k≥k_th的时候，返航无人机不能贡献更多的容量了，因为有多个无人机会同时通过无人机A的邻域。因此返航无人机能够携带的数据量为：

当一个返航无人机位于图4中401所示阴影区域的时候，它将会协助传输无人机A的数据，图4中体积较大的球锥的体积为：

其中，体积较大的球锥即无人机A所在的球锥，r_n是外接球的半径，并且有注意到S_c减去图4中体积较小的球锥即无人机B所在的球锥的体积，就是图4中401所示阴影区域的体积的上界S_u，如下：

其中(a)是通过将右边第二项中的x替换为L(1-z)得到的。注意到x∈[0,L]为一个有限值。当x→L，n→∞的时候，和都趋于0。

因此使用泰勒级数展开，有下述结论：

因为无人机是均匀分布在整个区域的，所以图4中401所示阴影区域中的无人机的平均值如下。

本发明实施例利用返航无人机携带、转发数据的数据传输方法，单个立方体的容量上界为C₀。当利用返航无人机携带、转发数据能够传输的数据速率大于C₀的时候，无人机的容量仍然是C₀。因此分析无人机利用返航无人机携带、转发数据，单个立方体的容量小于C₀的情形，如下：

将k_u的值代入上式中的k中，得到：

注意到C₀被消去了，经过一些变换，可以得到：

同理，可以求得图4中401所示阴影区域体积的下界，于是另一个z的上界可以得到，如下：

其中z_u和z_l的阶数是一样的，且z、z_u和z_l是证明过程中的中间变量。因为x＝L(1-z)，所以可以得到关键距离当x≤x^*的时候，一个立方体内的无人机利用返航无人机携带、转发数据的数据速率为C₀，这些容量被Θ(logn)个无人机共享，通过上述推理可得到，本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的单点通信容量是其中，

注意到因此利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据，所有的节点可以渐近地达到的数据速率。因此利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的无人机集群网络的容量为因为采用多跳传输，所有的数据最后一跳传到控制站总是要经过控制站相邻的立方体，所以采用多跳传输的容量的阶数就是一跳容量的阶数，即Θ(C₀)。所以本发明实施例中利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的无人机集群网络的容量是多跳传输模式网络容量的倍。在本发明的一种可选的实施例中，可以通过不同的信道利用本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据和多跳传输两种方式，因为这两种方式使用的是不同的信道，所以可以同时工作，此时，整个无人机集群网络的容量为：

另外，本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的方法，单点时延的下界为：

这是一个常数，与n无关。单点时延上界是t₀，也是常数。

单点时延指的是一个源节点将数据发送到目的节点所经历的时延，而本发明实施例中无人机集群网络的时延就是单点时延乘以网络中的节点个数，即无人机的个数。本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的方法，因此可得到D_SCF(n)＝Θ(1)。

然而，多跳传输模式的时延是和跳数是同阶的，

通过上述的推论，从理论上证明了本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的方法的优越性，可清楚地了解到本发明实施例利用无人机返航时，携带、转发返航路径上的无人机的数据的方法，相比较于现有技术的多跳传输方法，无人机集群网络的容量和数据传输的时延都能得到极大的提升。

对应于上述的数据传输方法，本发明实施例还提供了一种数据传输系统。图7为本发明实施例数据传输系统的一种结构示意图，参照图7对本发明实施例数据传输系统进行详细说明，包括：

接收模块701，用于第一无人机根据第一无人机与第二无人机的交互信息，接收第二无人机发送的数据；其中，第一无人机为从无人机所在的当前位置向控制站的位置移动的无人机，第二无人机为在第一无人机至控制站的返航路径的通信范围内的无人机。

返航模块702，用于第一无人机携带数据，并按照返航路径飞行至控制站。

第一转发模块703，用于第一无人机转发数据至控制站。

本发明实施例数据传输系统，无人机集群网络中的无人机在返航时，将在该无人机的返航路径上的无人机的数据，携带、并转发至控制站，提高数据传输时无人机集群网络的容量以及降低数据传输的时延。

可选的，本发明实施例数据传输系统中接收模块701，包括：

第一请求子模块，用于当第一无人机检测到在返航路径上存在第二无人机时，向第二无人机发送第一数据传输请求信息。

第一接收子模块，用于接收第二无人机发送的数据。

响应请求子模块，用于当第一无人机接收到第二无人机发送的第二数据传输请求信息，向第二无人机返回同意数据传输的响应信息。

第二接收子模块，用于接收第二无人机针对响应信息发送的数据。

可选的，本发明实施例数据传输系统中接收模块701，还包括：

第一获取子模块，用于获取第一信道，其中，第一信道为将多个无人机组成的无人机集群网络的信道划分后得到的第一信道和第二信道中的第一信道。

第三接收子模块，用于第一无人机通过第一信道，接收第二无人机发送的数据。

第一转发模块703，进一步用于第一无人机通过第一信道转发数据至控制站。

可选的，本发明实施例数据传输系统中第三接收子模块，进一步用于获取多个不重叠的第一时隙，不同的第一无人机利用各自的第一时隙，接收第二无人机发送的数据，其中，第一时隙为通过时分多址技术，将第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙。

第一转发模块703，还用于获取多个不重叠的第二时隙，不同的第一无人机利用各自的第二时隙，转发数据至控制站，其中，第二时隙为通过时分多址技术，将第一信道分割后得到的多个不重叠的时隙。

图8为本发明实施例数据传输系统的另一种结构示意图，参照图8对本发明实施例数据传输系统进行详细说明，包括：

检测模块801，用于第二无人机检测在与第二无人机，能够进行数据传输的通信范围内，存在第一无人机向控制站飞行。

发送请求模块802，用于第二无人机根据第一无人机与第二无人机的交互信息，向第一无人机发送数据传输请求信息。

发送数据模块803，用于当第二无人机接收到第一无人机发送的响应数据传输请求信息的响应信息时，向第一无人机发送数据。

本发明实施例数据传输系统，无人机集群网络中的无人机返航时，主动向在其返航路径上的无人机发送请求，或者等待返航路径上的无人机发送请求，使得返航的无人机与在该无人机的返航路径上的无人机建立数据连接，并通过返航的无人机将在该无人机的返航路径上的无人机的数据，携带、并转发至控制站，提高数据传输时无人机集群网络的容量以及降低数据传输的时延。

可选的，本发明实施例数据传输系统还包括：

获取路径模块，用于第二无人机获取第二无人机至控制站的直线路由路径。

第二转发模块，用于将直线路由路径上的多个第三无人机作为中继节点，通过多跳传输，第二无人机将数据转发至控制站。

可选的，本发明实施例数据传输系统中，第二转发模块包括：

第二获取子模块，用于获取第二信道，其中，第二信道为将多个无人机组成的无人机集群网络的信道划分后得到的第一信道和第二信道中的第二信道。

第二转发子模块，进一步用于通过第二信道，第二无人机将数据转发至控制站。

可选的，本发明实施例数据传输系统中，第二转发子模块，包括：

获取单元，用于获取多个不重叠的第三时隙，其中，第三时隙为通过时分多址技术，将第二信道分割后得到的多个不重叠的时隙。

转发单元，用于通过不同第三无人机的不同直线路由路径、对应的各自不同的第三时隙，第二无人机将数据转发至控制站，其中，第三无人机为在第二无人机至控制站的不同直线路由路径的通信范围内的无人机。

需要说明的是，本发明实施例的系统是应用上述数据传输方法的系统，则上述数据传输方法的所有实施例均适用于该系统，且均能达到相同或相似的有益效果。

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，对于系统实施例而言，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而已，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。