[发明专利]一种无人系统集群网络通信仿真方法及装置

说明书

本发明公开一种无人系统集群网络通信仿真方法及装置，该方法包括：构建用于执行仿真管理控制的仿真管理控制平台，以及由多个仿真节点构成无人系统仿真集群，每一个仿真节点对应仿真一个无人系统，仿真管理平台与无人系统仿真集群之间通过基于FPGA的可编程交换机通信；执行通信仿真时，仿真管理控制平台根据所需仿真任务发送仿真配置信息以及控制信息给无人系统仿真集群；无人系统仿真集群根据接收到的配置信息、控制信息，启动各仿真节点进行模拟仿真，可编程交换机实现各仿真节点之间以及与仿真管理控制平台之间的信息传输，以及实时仿真出节点之间通信质量变化。本发明具有仿真效率高且仿真实效性及自主适应性、扩展伸缩性好等优点。

技术领域

本发明涉及无人系统仿真技术领域，尤其涉及一种无人系统集群网络通信仿真方法及装置。

背景技术

无人系统(如无人机等)集群应用的基础在于网络通信，由于受体积、重量和能源以及软硬件技术水平制约，目前无人系统自主等级普遍不高，导致集群在复杂环境中执行动态任务过程中需要通过大量的信息交互，进行环境感知、决策规划以及行为同步等，以利用群体优势弥补个体不足。构建群体任务行为特性的网络架构、研究“应急响应、快速部署”的网络通信技术，是提升集群使用效能的关键。然而，针对于无人系统集群网络架构，目前大多是采用从下而上的设计，即先基于现有的通信设备和通信机制构建网络，在信息保障过程中再进行优化，而不是依据顶层任务需求进行规划设计，会导致网络架构与任务之间供需关系“本末倒置”。

研究集群网络的必要条件就是需要构建一个合理有效的集成仿真验证环境，以测试并验证集群网络的功能/性能指标，然而集群网络中无人系统节点众多，可能包含成百上千个无人系统节点，需要构建具备实时反映物理链路性能、网络各层次集成且包含大量无人系统节点的综合数字仿真系统，且需要确保各节点之间以及各几点与控制中心之间的信息数据实时传递，因而仿真测试过程中会涉及非常复杂的控制、网络以及通信过程。目前并未有有效方案能够提供大规模集群网络综合仿真验证环境，绝大对数仅能在“理想”的条件下对集群网络进行特定项的测试与验证，不仅测试环境与真实环境之间存在差异，而且测试结果也会存在“片面”性问题，难以真实反映无人系统集群网络的真实状态。

传统的网络通信仿真系统或平台，例如NS2、NS3、OPNET、MATLAB等计算仿真软件，都是运行在非实时的操作系统之上，在计算节点之间的通信信道和链路质量以及执行网络传输控制机制时，需要至少百毫秒级别的时间，因而难以实时反映链路和网络状态。而无人系统作为高速灵活运动的节点，对于实时性要求非常高，若直接使用上述传统的网络通信仿真系统或平台，由于延时较大，无法及时获取无人系统的实时状态，致使仿真测试结果不准确，甚至“失真”严重，如对于百毫秒级的延时而言，此刻的状态与百毫秒之前的状态变化可能很大，因而上述传统的网络通信仿真系统或平台就无法满足无人系统集群网络的仿真测试需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种仿真效率高、仿真实效性及自主适应性、扩展性/伸缩性好的无人系统集群网络通信仿真方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种无人系统集群网络通信仿真方法，该方法包括：

构建仿真环境：构建用于执行仿真管理控制的仿真管理控制平台，以及由多个仿真节点构成无人系统仿真集群，其中每一个所述仿真节点对应仿真一个无人系统，所述仿真管理平台与所述无人系统仿真集群之间通过基于FPGA的可编程核心交换机连接；