一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法

摘要

本发明公开了一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，该数据链系统提供在高动态环境下信息的高速高更新率共享。首先设计数据链网络平面结构，然后定义节点的信息帧，接着进行初始组网和节点加入，执行单节点初始入网或多个节点初始入网，最后节点入网后收发数据。本发明基于常见单信道无线数传电台，实现了数据链自主组网和信息收发的全部功能。组网方法可让多个节点在运动过程中自主加入网络并完成数据的发送与接收；数据链具备较好的容错能力，节点可自主离队而不影响网络的正常运行；解决了单信道条件下节点入网碰撞，提高了多节点快速入网的能力，使得数据链在短时间内即可稳定运行。

主权项

1、一种用于无人飞行器自主编队的数据链组网方法，其特征在于，该方法包括节点入队流程和节点离队流程两部分，其中的节点入队流程包括如下步骤：步骤一：设计数据链网络平面结构将数据链设置为对等网模式；步骤二：定义节点的信息帧1)握手帧：握手帧是用于各节点构建初始网络的信息格式；第一管理节点启动初始组网时发送握手帧，寻找网络中的第一普通节点和第n普通节点，并形成联系；2)确认帧：确认帧是用于普通节点加入网络的信息格式；在初始组网阶段，第一普通节点和第n普通节点接收到握手帧时发送确认帧，与第一管理节点形成初始网络；在网络已形成阶段，第一普通节点和第n普通节点加入网络阶段到来时发送确认帧，加入已形成网络；3)控制帧：控制帧是第一管理节点对要求加入网络的节点进行确认回复的信息格式；第一管理节点在收到第一普通节点和第n普通节点的确认帧后发送控制帧，用控制帧作为第一普通节点和第n普通节点加入网络的确认回复；4)数据帧：数据帧是网络内节点发送数据的信息格式；节点通过数据接口发送或接收数据帧，各无人飞行器实时传输的信息内容包含于数据帧中；5)公告帧：公告帧是全网信息通告的信息格式；网络内节点发现节点丢失后发送公告帧，将信息通告网内全部节点；步骤三：初始组网和节点加入针对基本网络结构的初始组网和节点加入，存在下面几种场景：1)当单个节点加入网络时，包括初始组网时的入网和单个节点加入已有网络两个方面，此时进入步骤四；2)当多个节点同时加入网络时，进入步骤五；步骤四：单节点初始入网在初始入网流程中，一个节点首先处于侦听状态，定义侦听延时Ts，若Ts内未接收到信息，则主动广播，广播后继续侦听并依此循环；当收到信息后有如下四种情况：1)若该节点收到来自第一管理节点的握手帧，则发送确认帧之后继续侦听；2)若该节点收到数据帧则进行相邻帧检测，若间隔小于预设值T0则保持检测，若间隔大于预设值T0，随机发送一个入网握手信号，由已有网络的第一管理节点响应该握手信号，为新加入节点分配ID；3)若该节点收到控制帧，则进行网络ID分配并加入网络；4)若该节点为第一管理节点，则只会收到来自第一普通节点和第n普通节点的确认帧，之后该管理节点发送控制帧，允许普通节点入网；组网后，第一普通节点和第n普通节点按照入网时管理节点分配的ID轮流收发数据，新节点能够随时加入网络；步骤五：多个节点初始入网采用冲突避免机制：当第一普通节点和第n普通节点同时入网时，节点收到握手信号后，如果侦听到信道空闲，并不马上发送数据，而是在预定的多个时隙中随机的选择一个发送；若预定竞争时隙内仍有冲突发生，则发生冲突的节点在接下来的时隙重新发送确认帧；步骤六：节点入网后收发数据在入网后收发数据流程中，一个节点首先处于侦听状态，之后分为三种情况：(1)当收到确认帧后，进入检测环节，定义标志Flag，当该节点处于发送时隙时Flag＝1，否则Flag＝0；当Flag＝1时进行发送数据；(2)若该节点收到数据帧，表明其他节点正在发送，定义计数变量Counter从0开始每接收一次数据递增1，当Counter等于该节点ID时该节点发送数据；当每个节点循环一周至ID号等于网络中节点总数num时，设置定时器延时T1，若T1内未收到握手帧，则继续新一轮的循环收发数据；若T1内收到握手帧，则有新普通节点请求加入网络，由ID号最大节点为其分配ID，之后继续循环收发数据；(3)若该节点收到控制帧，处理情况与步骤四一样；所述的节点离队分为节点丢失和节点主动离队；某一节点发送数据，其后的节点进行节点丢失判定检测，若判断该节点丢失，则将其归入暂时离队状态，设置等待时间Td，等待Td后确认该节点离队，这种情况为节点丢失，处理流程为步骤a和步骤b；若节点需要脱离网络，也能主动申请离队，处理流程为步骤c；步骤a：节点丢失判定网络内任一节点IDx发送数据帧后，网内其余节点收到数据后马上启动一个定时器，该定时器为从当前发送数据节点到本节点之间的节点预留发送时隙，若定时时间到仍未收到下一节点IDx+1发送的数据，则认定节点IDx+1丢失；步骤b：节点暂时离队系统设置一个计数器，如步骤a所述，当其余节点等待Td时间后仍未收到IDx+1发送的数据信息，认定节点IDx+1丢失，但此时暂不发送公告帧调整网络中节点的发送ID，只执行计数器加1，这时仍为可能已退出的节点IDx+1留出位置，若计数器连续统计n次，如n＝10，仍未收到前面节点信息，则这时发送公告帧以调整节点ID；计数器统计次数n根据用户对于数据链动态性要求进行设置，n越小则数据链越敏感；步骤c：主动离队申请主动申请离队的节点向整个网络发送公告帧，告知其余节点目前网络内的剩余节点数，同时调整网络内各个节点的发送ID。