[发明专利]无人机自组网中基于航迹关系的中继选择方法、无人机

权利要求书

1.一种无人机自组网中基于航迹关系的中继选择方法，其特征在于，所述无人机自组网中基于航迹关系的中继选择方法包括：

第一步，构建一个无人机自组织网络模型，该模型包含一个无人机或基站，G个地面基站节点GS和N个无人机节点；

第二步，基于无人机自组织网络模型，构建通信节点之间的信息传输方案，并定义航迹信息；

第三步，基于通信节点之间的信息传输方案以及航迹信息，计算通信节点之间的航迹方向和传递概率；

第四步，基于通信节点之间的位置关系和传递概率，建立基于航迹关系的中继选择方法；具体包括；

(1)|ζ|＜π/2且α≥π/2且β≥π/2，或|ζ|＜π/2且α＜π/2且β≥π/2，选择无人机作为中继节点，源节点发送SI信息给中继无人机，并由中继无人机回复ACK信息给源节点；ζ是通信节点A和B飞行方向之间的夹角，α是与之间的矢量夹角，β是和之间的矢量夹角；是通信节点A在三维空间中的速度矢量；飞行速度矢量为是从节点A到自组织网络通常由地面站GS的距离矢量，是从C到GS的距离矢量；

(2)|ζ|≥π/2且α＜π/2且β＜π/2，选择基站作为中继节点，源节点发送SI信息给中继基站，并由中继基站回复ACK信息给源节点；

(3)|ζ|＜π/2且α＜π/2且β＜π/2，或|ζ|＜π/2且α≥π/2且β＜π/2，将根据传输概率对中继节点进行选择，选择方案如下：

P_GS,B≥P_A,B，选择基站作为中继节点，源节点发送SI信息给中继基站，并由中继基站回复ACK信息给源节点；P_A,B为预测的通信节点A和B的传输概率；SI是源节点需转发给其他无人机或基站的信息；

P_GS,B＜P_A,B，选择无人机作为中继节点，因此源节点发送SI信息给中继无人机，并由中继无人机回复ACK信息给源节点；

(4)其他情况下，源节点将继续持有SI信息而不进行转发。

2.如权利要求1所述的无人机自组网中基于航迹关系的中继选择方法，其特征在于，所述第一步的无人机自组织网络包含1+G+N个通信节点，地面基站与无人机进行信息双向传输，网络中任一节点均可作为中继节点进行选择。

3.如权利要求1所述的无人机自组网中基于航迹关系的中继选择方法，其特征在于，所述第二步的基于无人机自组织网络模型，构建通信节点之间的信息传输方案，并定义航迹信息具体包括：

(1)采用机会式信息传输方案，采用存储、携带、转发机制进行信息传输：

1)源节点选择无人机作为中继，无人机将信息在本地予以存储，在之后的飞行过程中携带此信息，并将信息转发给合适的通信节点；

2)源节点选择基站作为中继，基站将信息在本地予以存储，并将信息转发给合适的无人机；

(2)每个通信节点都发送自身产生的航迹信息SI，SI是源节点需转发给其他无人机或基站的信息，信息包含Vector、Position、Source、TTL、Message五部分；

其中，Vector是一个矢量信息，包含无人机的飞行方向与飞行速度两方面信息；Position表示位置信息，通过GPS获取；Source表示SI信息源的信息；TTL表示剩余信息有效时间；Message表示信息的具体内容；

(3)中继节点或目的节点收到SI信息后会给发送SI信息的通信节点发送ACK信息予以回复，该信息包含Vector-A、Position-A、Number三部分；

其中，Vector-A表示回馈信息的通信节点速度矢量；Position-A回馈信息的通信节点位置；Number表示接收过SI信息的次数。

4.如权利要求1所述的无人机自组网中基于航迹关系的中继选择方法，其特征在于，所述第三步的基于通信节点之间的信息传输方案以及航迹信息，计算通信节点之间的航迹方向和传递概率具体包括：

(1)计算两通信节点之间的相对飞行方向；

通信节点A需要发送消息，并且通信节点B是通信节点A的邻居节点并且是潜在的目的或中继节点；根据发送的SI信息与回复的ACK信息，计算两通信节点之间的相对飞行方向，计算方式如下：

其中，和是通信节点A和B在三维空间中的速度矢量；A_VX是在X轴方向的分量，A_VY是在Y轴方向的分量，B_VX是在X轴方向的分量，B_VY是在Y轴方向的分量，ζ是通信节点A和B飞行方向之间的夹角；若两通信节点之间中存在基站，则认为该节点的速度矢量为0；

根据计算结果，如果|ζ|＜π/2则认为通信节点A和B飞行方向相同，若|ζ|≥π/2则认为通信节点A和B飞行方向相反；

(2)计算两无人机与单基站之间的相对飞行方向

无人机自组网中，基站是源节点、中继节点或是目的节点；无人机和基站的两种相对状态：朝向基站飞行或背向基站飞行，该方向通过以下计算予以获得；

无人机A为源节点，飞行速度矢量为无人机C为目的节点，飞行速度矢量为是从节点A到自组织网络通常由地面站GS的距离矢量，是从C到GS的距离矢量，AS_Y是在X轴方向的分量，AS_X是在Y轴方向的分量，CS_X是在X轴方向的分量，CS_Y是在Y轴方向的分量，A_VX是在X轴方向的分量，A_VY是在Y轴方向的分量，B_VX是在X轴方向的分量，B_VY是在Y轴方向的分量，α是与之间的矢量夹角，β是和之间的矢量夹角；

α和β根据下式进行计算，α，β∈(0,π)：

α＝tan^-1(AS_Y/AS_X)-tan^-1(A_VY/A_VX)；

β＝tan^-1(CS_Y/CS_X)-tan^-1(C_VY/C_VX)；

根据计算结果可得下列4种：

1)如果α＜π/2，则表示源节点飞向基站；

2)如果α≥π/2，则表示源节点背向基站；

3)如果β＜π/2，则表示目的节点飞向基站；

4)如果β≥π/2，则表示目的节点背向基站；

(3)计算各通信节点之间的传递概率

当两通信节点A和B相遇时，传输概率根据下式进行预测：

其中P_A,B为预测的通信节点A和B的传输概率，为上一时间单元老化预测的通信节点A和B的传输概率，P_init为时间单元，若一个时间单元内两通信节点未能相遇，则传输概率会进行下降，下降公式如下：

其中，ξ为初始化常数，为[0,1]中任意值；

预测的传递转移概率计算为：

其中，P_A,C为预测的通信节点A和C的传输概率，为上一时间单元老化预测的通信节点A和C的传输概率，P_B,C为预测的通信节点B和C的传输概率，λ为初始化常数，选为[0,1]中任意值。