一种飞行自组网分簇维护方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及飞行自组网，特别是涉及一种飞行自组网分簇维护方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、在飞行自组网(flyingad-hocnetwork，fanet)中，飞行节点移动性强，因此网络拓扑结构频繁变化，节点间通信链路脆弱，易出现断链情况；分簇组网结构能够保证网络连通性，增强网络健壮性；分簇维护作为分簇过程中的重要环节，其执行效率将直接影响簇结构应对高动态网络拓扑变化的能力，进而影响网络通信效能。

2、传统的方法以多轮次通信问答形式进行信息交互的分簇维护，交互过程繁琐、时隙资源开销较大，导致分簇维护的效率低下，使得簇结构应对网络拓扑频繁变化的能力较差，影响网络通信效能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种飞行自组网分簇维护方法、系统及电子设备，减少分簇维护过程的通信时隙资源开销，提高分簇维护的效率，快速完成分簇维护以适应飞行自组网高动态的网络拓扑，保障网络通信效能。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种飞行自组网分簇维护方法，包括：

4、获取飞行自组网各簇中各飞行节点的运动状态信息的初始值；所述运动状态信息包括：位置信息、速度信息和id；

5、对各簇中运动状态信息进行更新和离簇检测操作；其中，对任一当前簇的运动状态信息进行更新和离簇检测操作的过程，包括：

6、基于所述当前簇中各飞行节点的运动状态信息的初始值，确定当前簇的超级簇头、簇头、备用簇头和簇成员；

7、利用通感一体化波形对所述当前簇的各拓扑信息表中的运动状态信息进行更新；所述拓扑信息表包括：超级簇头拓扑信息表、簇头拓扑信息表和簇成员拓扑信息表；

8、利用通感一体化波形对当前簇的超级簇头、簇头和簇成员进行离簇检测操作；

9、将所有离簇的超级簇头、离簇的簇头、离簇的簇成员以及新加入所述飞行自组网的飞行节点确定为潜在新节点；

10、利用通感一体化波形对各所述潜在新节点进行入簇操作。

11、可选地，利用通感一体化波形对所述当前簇的各拓扑信息表中的运动状态信息进行更新，包括：

12、超级簇头与簇头之间利用通感一体化波形进行感知与通信，从而更新对应的超级簇头拓扑信息表和簇头拓扑信息表；

13、簇头与簇成员之间利用通感一体化波形进行感知与通信，从而更新对应的簇头拓扑信息表和簇成员拓扑信息表。

14、可选地，超级簇头与簇头之间利用通感一体化波形进行感知与通信，从而更新对应的超级簇头拓扑信息表和簇头拓扑信息表，包括：

15、基于超级簇头拓扑信息表中各簇头的id和位置信息，超级簇头利用通感一体化波形依次向各簇头发送超级簇头运动状态信息更新消息；

16、在接收到所述超级簇头运动状态信息更新消息后，各所述簇头更新对应簇头拓扑信息表中的超级簇头的运动状态信息和所有簇头的运动状态信息；

17、在接收到簇头反射的簇头回波信号后，所述超级簇头对所述簇头回波信号进行目标检测信号处理，得到簇头的当前运动状态信息，将簇头的当前运动状态信息更新到超级簇头拓扑信息表中，基于簇头的历史运动状态信息和当前运动状态信息预测下一周期运动状态信息，并在下一周期运动状态信息更新时将下一周期运动状态信息通过通感一体化波形发送给簇头，若未收到簇头回波信号，则判断簇头已离簇，从所述超级簇头拓扑信息表中删除簇头的运动状态信息。

18、可选地，簇头与簇成员之间利用通感一体化波形进行感知与通信，从而更新对应的簇头拓扑信息表和簇成员拓扑信息表，包括：

19、基于簇头拓扑信息表中各簇成员的id和位置信息，簇头利用通感一体化波形依次向各簇成员发送簇头运动状态信息更新消息；

20、在接收到所述簇头运动状态信息更新消息后，各所述簇成员更新对应簇成员拓扑信息表中的簇头的运动状态信息和所有簇成员的运动状态信息；

21、在接收到簇成员反射的簇成员回波信号后，所述簇头对所述簇成员回波信号进行目标检测信号处理，得到簇成员的当前运动状态信息，将簇成员的当前运动状态信息更新到簇头拓扑信息表中，基于簇成员的历史运动状态信息和当前运动状态信息预测下一周期运动状态信息，并在下一周期运动状态信息更新时将下一周期运动状态信息通过通感一体化波形发送给簇成员，若未收到簇成员回波信号，则判断簇成员已离簇，从所述簇头拓扑信息表中删除簇成员的运动状态信息。

22、可选地，利用通感一体化波形对当前簇的超级簇头、簇头和簇成员进行离簇检测操作，包括：

23、利用通感一体化波形对当前簇的超级簇头和簇头进行离簇检测操作；

24、利用通感一体化波形对当前簇的簇成员进行离簇检测操作。

25、可选地，利用通感一体化波形对当前簇的超级簇头和簇头进行离簇检测操作，包括：

26、簇头根据接收的回波信号的数量判断自己是否离簇；

27、已离簇的簇头向当前簇中剩余能够感知与通信的超级簇头和簇成员发送簇头离簇消息，并将对应的簇头拓扑信息表清空；

28、在收到簇头离簇消息后，簇成员将簇头离簇消息发送给当前簇的其他簇成员；

29、判断当前簇的备用簇头是否为已离簇的簇头；

30、若是，则基于所述当前簇中各簇成员的运动状态信息，确定一个簇成员为新簇头；

31、若否，则将备用簇头作为新簇头，新簇头向当前簇的所有簇成员与超级簇头发送消息表明簇头身份；

32、超级簇头根据接收的回波信号的数量判断自己是否离簇；

33、已离簇的超级簇头向当前簇中剩余能够感知与通信的簇头和簇成员发送超级簇头离簇消息，并将对应的超级簇头拓扑信息表清空；

34、在收到超级簇头离簇消息后，簇头将超级簇头离簇消息发送给当前簇的其他簇头；

35、基于所述当前簇中各簇头的运动状态信息，确定一个簇头为新超级簇头，新超级簇头向当前簇的所有簇头与簇成员发送消息表明超级簇头身份；

36、将新超级簇头在成为新超级簇头之前所在的簇中的备用簇头作为新簇头，新簇头向当前簇的所有簇成员与超级簇头发送消息表明簇头身份。

37、可选地，利用通感一体化波形对当前簇的簇成员进行离簇检测操作，包括：

38、将当前簇任一簇成员确定为当前簇成员；

39、基于簇成员拓扑信息表中各簇头的id和位置信息，当前簇成员向对应的簇头发送通感一体化波形；

40、基于簇头的簇头回波信号与ack消息，判断当前簇成员是否离簇；

41、已离簇的当前簇成员，则将簇成员拓扑信息表清空。

42、可选地，利用通感一体化波形对各所述潜在新节点进行入簇操作，包括：

43、将任一所述潜在新节点确定为当前潜在新节点；

44、当前潜在新节点向最大通信与感知距离范围内的除潜在新节点外的各飞行节点同时发送通感一体化波形；

45、当前潜在新节点对收到的各飞行节点的回波信号进行多目标检测信号处理，确定各飞行节点与当前潜在新节点的距离，并将距离最近的飞行节点确定为入簇请求节点；

46、所述当前潜在新节点向所述入簇请求节点发送入簇请求消息；

47、若入簇请求节点为超级簇头，则超级簇头直接根据入簇请求消息中当前潜在新节点的位置信息向当前潜在新节点回复ack消息同意入簇，当前潜在新节点成为簇头；

48、若入簇请求节点为簇头，则簇头判断簇成员是否满员，未满员，则直接向当前潜在新节点回复ack消息同意入簇，当前潜在新节点成为簇成员；已满员，则直接向当前潜在新节点回复拒绝入簇信息，当前潜在新节点根据拒绝入簇信息中超级簇头的位置信息向超级簇头发送入簇请求消息，超级簇头根据入簇请求消息中当前潜在新节点的位置信息向当前潜在新节点回复ack消息同意入簇，当前潜在新节点成为簇头；

49、若入簇请求节点为簇成员，则簇成员将入簇请求消息转发给簇头，簇头判断簇成员是否满员，未满员，则直接向当前潜在新节点回复ack消息同意入簇，当前潜在新节点成为簇成员；已满员，则直接向当前潜在新节点回复拒绝入簇信息，当前潜在新节点根据拒绝入簇信息中超级簇头的位置信息向超级簇头发送入簇请求消息，超级簇头根据入簇请求消息中当前潜在新节点的位置信息向当前潜在新节点回复ack消息同意入簇，当前潜在新节点成为簇头；

50、在当前潜在新节点入簇后，将所述当前潜在新节点的运动状态信息加入到各拓扑信息表中。

51、一种飞行自组网分簇维护系统，包括：

52、运动状态信息获取模块，用于获取飞行自组网各簇中各飞行节点的运动状态信息的初始值；所述运动状态信息包括：位置信息、速度信息和id；

53、更新和离簇检测操作模块，用于对各簇中运动状态信息进行更新和离簇检测操作；其中，对任一当前簇的运动状态信息进行更新和离簇检测操作的过程，包括：

54、基于所述当前簇中各飞行节点的运动状态信息的初始值，确定当前簇的超级簇头、簇头、备用簇头和簇成员；

55、利用通感一体化波形对所述当前簇的各拓扑信息表中的运动状态信息进行更新；所述拓扑信息表包括：超级簇头拓扑信息表、簇头拓扑信息表和簇成员拓扑信息表；

56、利用通感一体化波形对当前簇的超级簇头、簇头和簇成员进行离簇检测操作；

57、潜在新节点确定模块，用于将所有离簇的超级簇头、离簇的簇头、离簇的簇成员以及新加入所述飞行自组网的飞行节点确定为潜在新节点；

58、入簇操作模块，用于利用通感一体化波形对各所述潜在新节点进行入簇操作。

59、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述所述的飞行自组网分簇维护方法。

60、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

61、本发明公开了一种飞行自组网分簇维护方法、系统及电子设备，获取飞行自组网各簇中各飞行节点的运动状态信息的初始值；对各簇中运动状态信息进行更新和离簇检测操作；其中，对任一当前簇的运动状态信息进行更新和离簇检测操作的过程，包括：基于当前簇中各飞行节点的运动状态信息的初始值，确定当前簇的超级簇头、簇头、备用簇头和簇成员；利用通感一体化波形对当前簇的各拓扑信息表中的运动状态信息进行更新；利用通感一体化波形对当前簇的超级簇头、簇头和簇成员进行离簇检测操作；将所有离簇的超级簇头、离簇的簇头、离簇的簇成员以及新加入飞行自组网的飞行节点确定为潜在新节点；利用通感一体化波形对各潜在新节点进行入簇操作。本发明利用通感一体波形对飞行节点进行“通信告知”与“感知接收”，即飞行节点的运动状态信息可直接由通感一体波形的回波得到，无需由飞行节点再次发送通信信息进行运动状态信息的交互，减少了分簇维护过程的通信时隙资源开销，提高了分簇维护的效率，快速完成分簇维护以适应飞行自组网高动态的网络拓扑，保障了网络通信效能。