一种无人机中继节点的部署方法及终端设备与流程

本发明涉及无人机通信，具体涉及一种无人机中继节点的部署方法及终端设备。

背景技术：

1、无人机蜂群包含丰富的异构主体，个体分散性强，在无人机自组网中，各个无人机节点之间可以完成控制指令转发、态势感知交换和情报搜索等任务。随着无人机作战区域范围的扩展，通过构建无人机中继网络进行数据链路的接力传输，使得远距离的无人机仍可实时与地面站保持信息交互，可以有效扩展无人机的作战半径。但是，目前中继节点覆盖范围相对有限，当中继节点位置变化或退出网络，中继节点动态部署效率低，可能造成网络通信中断。

2、目前，对于中继无人机的部署，通常采用粒子群算法将一定数量的中继无人机分配给多个任务，以此来确定中继无人机的位置。但是，这种方法只适用于中继无人机数量确定的情况。基于瞬时信道状态信息的中继选择策略能够根据瞬时信道条件，随着信道衰落情况的变化来选择不同的中继节点。但是，对于无人机网络而言，信道变化迅速，加大了瞬时信道状态估计和跟踪的难度，增加了系统的计算开销。对于空地、空空信道而言，可以通过距离来近似信噪比，直接利用无人机的地理位置信息和节点之间的距离关系进行中继选择，但是仅通过雷达进行位置预测，存在一定误差，尤其在受到电磁干扰时，位置预测的误差更大，从而影响中继选择的可靠性。

3、因此，需要一种无人机中继节点的部署方法，能够提高中继节点的部署效率，提高网络通信链路的自适应性。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本方案提出了一种无人机中继节点的部署方法，以解决现有技术中继网络部署问题中存在的网络覆盖率低、灵活性和自适应性差等缺点。

2、根据本发明的第一方面，提供一种无人机中继节点的部署方法，包括：获取无人机入网节点发送的包含节点位置、与本节点单跳连接的邻居节点数量和链路质量的网络维护帧；根据各入网节点的网络维护帧提取出网络拓扑连接关系和链路质量；在网络拓扑连接关系或链路质量发生变化时，通过最小化中继节点数量和中继节点级数确定新的网络拓扑连接关系。

3、可选地，在上述部署方法中，地面站节点中地面终端开机后周期性广播入网信标，等待无人机节点入网请求；无人机节点中机载终端开机后搜索入网信标，进行时频同步，如果检测到多个已入网节点，则选择跳数最小的节点发送入网请求完成入网；无人机节点入网后实时监测本节点与单跳邻居节点之间的通信距离和链路质量、本节点与地面站之间的通信距离、与本节点连接的邻居节点数量，通过网络维护时隙向地面站发送网络维护帧。

4、可选地，在上述部署方法中，已入网节点在每个时帧周期广播自身的入网信标；已入网的叶子节点在接收到其他节点发送的入网请求后，向地面站发送转为同级中继节点的请求；已入网的中继节点在检测到下一级叶子节点和中继节点数量均为0时，向地面站发送转为同级叶子节点的请求。

5、可选地，在上述部署方法中，通过crc校验统计本节点与单跳邻居节点之间的数据传输误包率；使用滑动平均法计算数据传输误包率的平均值；在物理层进行信噪比测量和agc电压校准，得到双向链路质量。

6、可选地，在上述部署方法中，以最小化中继节点数量和中继节点级数为目标函数，以节点之间的通信距离和链路质量为约束条件，构建中继节点部署模型；根据网络拓扑连接关系中的节点位置、节点之间的通信距离和双向链路质量、对中继节点部署模型求解，得到最优中继节点数量和网络拓扑连接关系；地面站以整数倍超帧为周期，在当前周期的每个超帧广播新的网络拓扑连接关系。

7、可选地，在上述部署方法中，中继节点部署模型为：

8、

9、其中，li+1为第i+1跳的叶子节点数量，ri为第i跳的中继节点数量。

10、可选地，在上述部署方法中，各无人机节点在收到新的网络拓扑关系后，从下一时帧周期开始时刻切换新的中继节点；如果无人机节点在当前时帧周期内未收到网络拓扑帧，则在下一时帧周期开始时刻退化为未入网节点，重新发送入网请求。

11、根据本发明的第二方面，本申请提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及储存在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行如第一方面中的一种无人机中继节点的部署方法。

12、根据本发明的第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，包括存储有能够被处理器加载并执行如第一方面的一种无人机中继节点的部署方法的计算机程序。

13、根据本发明的方案，能够简化动态部署中继节点的通信流程，提高复杂多中继通信网络中继节点的部署效率，在保证网络连通性和链路质量的前提下，最小化中继节点的数量和中继节点的级数，能够减少时隙资源占用，提高各级节点通信质量和网络通信链路的自适应性。

14、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种无人机中继节点的部署方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的无人机中继节点的部署方法，其特征在于，所述获取无人机入网节点发送的包含节点位置、与本节点单跳连接的邻居节点数量和链路质量的网络维护帧的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的无人机中继节点的部署方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的无人机中继节点的部署方法，其特征在于，所述无人机节点入网后实时监测本节点与单跳邻居节点之间的通信距离和链路质量的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的无人机中继节点的部署方法，其特征在于，所述在所述网络拓扑连接关系或链路质量发生变化时，通过最小化中继节点数量和中继节点级数确定新的网络拓扑连接关系的步骤包括：

6.根据权利要求5所述的无人机中继节点的部署方法，其特征在于，所述中继节点部署模型为：

7.根据权利要求5所述的无人机中继节点的部署方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.一种终端设备，其特征在于，包括：

9.一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中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述无人机中继节点的部署方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种无人机中继节点的部署方法，包括：获取无人机入网节点发送的包含节点位置、与本节点单跳连接的邻居节点数量和链路质量的网络维护帧；根据各入网节点的网络维护帧提取出网络拓扑连接关系和链路质量；在网络拓扑连接关系或链路质量发生变化时，通过最小化中继节点数量和中继节点级数确定新的网络拓扑连接关系。本方案能够中继节点的部署效率，提高网络通信链路的自适应性。

技术研发人员：熊军,滕国宝,黄龙,刘洋
受保护的技术使用者：西安宇飞电子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14