一种不可靠网络下多无人机分布式集群构建方法与流程

本发明涉及无人机，特别是一种不可靠网络下多无人机分布式集群构建方法。

背景技术：

1、随着技术的不断进步，无人机的应用越来越广泛。而无人机的集群化应用也越来越成为无人机技术的发展方向。相较于单无人机应用，无人机集群既能最大限度地发挥无人机的优势，提高整体的载荷能力和信息感知处理能力，又能避免单无人机执行任务时被攻击或任务效率不高的问题，即无人机集群在执行任务时具有能力强，鲁棒性好，系统容错性高，成本低等优势。

2、无人机集群的构建方法无疑是无人机集群化控制技术中的一项关键技术。灵活可靠的集群构建方法是提高无人机集群执行任务的效率和无人机集群在任务中的稳定性的前提条件。

3、在多无人机建立集群时，往往需要解决成员间无线通信不稳定，集群成员因故障上下线，地面指挥系统动态调整成员构成等问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供了一种不可靠网络下多无人机分布式集群构建方法，支持任务中动态调整集群成员构成。

2、本发明公开了一种不可靠网络下多无人机分布式集群构建方法，其包括：

3、步骤1：各集群中的无人机在执行任务前进行集群初始化信息的装订；

4、步骤2：根据装订的集群初始化信息，建立初始的集群信息总表；集群信息总表包括多个集群信息表；

5、步骤3：各集群中的无人机周期性对本机信息进行广播；

6、步骤4：各集群中的无人机对接收到的广播信息进行解析，以更新本机的集群信息总表；

7、步骤5：在任务执行过程中，各集群中的无人机周期性维护本机的集群信息总表，以保证集群信息总表中信息的有效性，同时实时计算无人机所属各集群中成员和长机信息；

8、步骤6：在任务执行过程中，通过地面指挥系统向无人机发送的遥控指令对无人机集群信息进行修改。

9、进一步地，在所述步骤1中：

10、为任务中的各个无人机分配唯一的编号；

11、确定任务的分群情况，并对各无人机进行所属集群编号的初始化加载；

12、确定各无人机在其所属各集群中的优先级，优先级用于确定各集群中的长机。

13、进一步地，在所述步骤2中：

14、为每个无人机建立初始的集群信息总表，每个集群信息表中至少包括集群编号、长机编号、长机优先级、长机通信计数和成员信息；成员信息为当前无人机接收到集群中无人机的发送信息，包括成员编号、成员优先级、长机编号、长机优先级、长机通信计数、通信计数，其中长机优先级与长机通信计数为信息发送成员计算得到的长机信息。

15、进一步地，在所述步骤3中：

16、无人机周期性在无线链路上对本机信息进行广播；其中，通过以下过程获取本机信息：

17、将读取的本机编号，作为本机编号的值；

18、将读取的本机所属集群编号及在其对应集群内的优先级，依次作为本机所属集群编号和所属集群中优先级的值；

19、依据读取的本机所属集群编号遍历集群信息总表中的集群信息表，读取该集群信息表中的长机编号、长机优先级作为本机信息中长机编号、长机优先级的值，读取该集群信息表中的长机通信计数，将其值减1后作为本机信息中长机通信计数的值。

20、进一步地，所述步骤4包括：

21、步骤41：解析所属的集群编号，并在集群信息总表中查找对应的集群信息表；

22、步骤42：解析步骤41中集群编号对应的成员编号，在集群信息表中查找对应成员的数据块，若未找到，则说明该成员的信息未记录，为该成员添加对应的新数据块，并完善数据块的成员编号；

23、步骤43：解析步骤42中成员编号对应的成员优先级、长机编号、长机优先级、长机通信计数，并依次用其更新步骤42中找到或添加的数据块中的成员优先级、长机编号、长机优先级、长机通信计数；

24、步骤44：将找到或添加的数据块中的通信计数复位为预设值，以表示当前成员通信正常。

25、进一步地，所述步骤5包括：

26、步骤51：以无人机通过初始化和任务过程中动态修改的集群信息中的所属集群编号为标准，确定无人机当前所属的集群，遍历集群信息总表中的各集群信息表，以更新集群信息总表；

27、步骤52：依次遍历各有效集群信息表，更新各集群信息表中的成员信息；

28、步骤53：依次遍历集群信息总表中的各集群信息表，更新各集群的长机信息。

29、进一步地，在所述步骤51中，执行以下过程：

30、若集群信息表的集群编号不在所属集群中，删除该集群信息表；

31、若集群信息中存在未建立集群信息表的集群编号，则在集群信息总表中建立一个集群信息表，将其集群编号置为未建立集群信息表的集群编号。

32、进一步地，在所述步骤52中，对每个有效集群信息表中的成员信息的各成员的数据块，执行以下过程：

33、将每个成员的数据块中的通信计数减1，若通信计数为0，则从成员信息中删除该成员的数据块，以表示该成员下线或退出其所属的集群。

34、进一步地，在所述步骤53中，对每个有效集群信息表执行以下过程：

35、a)依次遍历集群信息表中各成员信息的数据块，记录优先级最小的成员编号、优先级与通信计数，当存在多个成员优先级相同且最小时，记录其中成员编号最小的编号、优先级与通信计数；

36、b)依次遍历集群信息表中各成员信息的数据块，记录长机优先级最小的长机编号、长机优先级与长机通信计数，当存在多个长机优先级相同且最小时，记录其中长机编号最小的长机编号、长机优先级与长机通信计数，若长机编号也相同，记录长机通信计数最大的长机编号、长机优先级与长机通信计数；

37、c)比较过程a)和b)的记录信息，比较a)中的优先级与b)中的长机优先级，选择两者更小的记录信息，若两者相同，比较a)中的成员编号与b)中的长机编号，选择两者更小的记录信息，若两者也相同，比较a)中的通信计数与b)中的长机通信计数，选择两者更大的记录；将被选择的记录作为对应集群信息表中的长机优先级、长机编号、长机通信计数的值。

38、进一步地，所述步骤6包括：

39、对无人机所属的集群编号进行修改：

40、通过添加和/或删除无人机所属的集群编号，以实现建立新集群、无人机加入已存在群、无人机退出当前群；

41、对各集群中的长机或成员，修改其在所属各集群中的优先级，以更换长机、调整任务执行顺序。

42、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

43、1.本发明有效解决了传统指令式集群确定方法在不可靠网络下可能存在指令发送不畅导致集群难以有效建立的问题。同时当集群中无人机因故障等意外原因离线时，集群也可以实现自动调整，通过优先级自动推选出新长机，提高了系统的鲁棒性，降低了操作难度。

44、2.各无人机广播本机计算得到的长机信息，并在计算长机时将其它无人机发送的长机信息一并考虑，避免了在不确定网络环境下因暂时的、局部的网络中断导致同一集群中集群成员推选出的长机不一致。

45、3.本方法对集群结构进行动态调整时，只需由地面指挥系统向需要调整的无人机发送遥控指令，修改该无人机所属集群信息即可。由该无人机负责将修改信息广播向其它无人机，其它无人机进行实时调整，计算得到新的集群结果。这降低了动态调整集群结构的操作难度，体现了本方法的灵活性。