无人机集群由一组协同工作以完成特定任务的无人机组成,可广泛用于军事,商业,农业,救灾,监视等领域。无人机集群以单架无人机能力为支撑、以信息通信网络为中心、以集群智能为核心、以无人机间协同交互为手段,基于开放式体系架构对大量无人机功能进行综合集成,实现无人机集群整体效能的大幅提升,具备抗毁性强、成本低、功能分布化、使用灵活等优点。因此,无人机集群被广泛认为是一种“Game-Changing”的颠覆性技术和现代战场的力量倍增器。 但由于无人机集群的“高动态、强时变、强干扰”特征,TCP/IP 网络体系应用于大规模无人机集群时,难以满足其“智能、快速、高效、安全、可靠”等通信需求,更难以实现无人机集群与卫星网络、地面网络一体化协同工作的未来需求。

图1 无人机集群结构示意图

       只有通过集群内无人机间的组网,在无人机间实现快速、实时、可靠、安全的数据传输与共享,才能充分发挥无人机集群的优点。结合无人机集群网络的特点与需求,无人机集群网络应突破传统以主机为中心的组网局限,建立一整套以信息为中心、以标识为典型特征的组网体系与机制,有效解决大规模无人机集群智能组网、信息快速高效、安全可靠分发等问题,并原生支持空天地海一体化高效组网。研究主要围绕:网络体系结构(基础)、集群信息分发(核心)、可靠安全(保障)三个方面开展。

图2 基于名字的内容动态寻址和自适应路由机制

       针对无人机集群的高动态、高时变的特点,设计基于名字的内容动态寻址和自适应路由机制。为了获得某个数据,内容请求者首先发出一个请求包,通过簇头转发处理寻找到该内容的提供者 (如图中的节点P2) 或内容缓存节点。数据包经内容源/缓存节点发出后,不经过簇头 (在一个簇内) 、经过一个或多个簇头转发到内容请求者所在簇,并经相应簇头转发给内容请求者。

     针对多无人机组网场景,设计基于大规模动态网络的智能接入机制,结合物理层OFDM和MIMO技术,在抗多径干扰前提下提高无人机通信网络的容量、延时等服务质量指标。

图3 无人机动态接入流程示意图

     为实现无人机高效接入,无人机依据其移动性进行分簇,选择簇头管理其它无人机节点的接入,依据其空间位置及物理层信道状态为其分配时频资源,保证通信质量。