[发明专利]一种基于FPGA的无人机自组网通信可靠性优化方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的无人机自组网通信可靠性优化方法，属于无人机集群网络通信技术领域。该方法执行如下步骤：1）机载路由器的转发表的建立与维护；2）IP数据报多重发送；3）低信道间干扰的IP数据报自适应转发；4）多重发送IP数据报接收。本发明利用无人机自组织通信网络中的冗余信道对携带业务数据的IP数据报进行低信道间干扰的多重发送与自适应转发方法，即使网络中的部分路由器在障碍物、电磁干扰、人为破坏等因素作用下出现工作状态不稳定甚至载机损毁的情况、致使部分网络节点失效，业务数据也可以经由多重发送、自适应转发形成的备份路由到达目的路由器，从而提高了业务数据传输的可靠性、实时性。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的无人机自组网通信可靠性优化方法，属于无人机集群网络通信技术领域。

背景技术

多架无人机集群飞行、协同工作，相比于各自为战能够完成更有价值的任务。

集群中的每架无人机都装备有传感器，用于实时采集自身状态信息、环境信息，某些情况下还要采集与任务目标相关的信息，称为业务数据。

在很多应用场景下，要求各成员无人机之间实现通信，以获得其他成员采集的业务数据，作为调整自身位置及状态、做出任务决策的依据；进而，在任务执行过程中、完成后，需要借助互相通信来汇集与任务执行过程、效果相关的业务数据。因此，在集群中各成员无人机之间建立无线通信网络、实现可靠的通信，是无人机进行集群飞行、协同工作所必须具备的功能。

如果这种无线通信网络的组建、运行不依赖于地面设备，就称为无人机自组织网络，简称无人机自组网。

在无人机自组网中，每架无人机的机载通信模块都相当于一个路由器，其功能可以被抽象为两层：控制平面、数据平面。其中，控制平面按照路由协议与网络中的其他路由器进行信息交互，获取全网链路状态、网络拓扑连接关系等信息，据此执行路由算法、形成路由表以及转发表；数据平面依据待发送/转发的IP数据报的目的地址查询转发表，得到下一跳对应的输出端口，将这个IP数据报发往查得的输出端口，经通信链路发往下一跳的目的路由器。当前主流的高性能无人机自组网中，每个路由器的控制平面功能由CPU实现，数据平面功能由FPGA实现，CPU、FPGA之间经CPU外部总线或双口RAM进行通信。

在某些应用场景下，由于障碍物、电磁干扰、人为破坏等因素的影响，无人机自组网中的部分路由器有可能出现工作状态不稳定甚至载机损毁的情况，此时故障路由器将不能继续作为可信赖的节点完成信息转发，从而导致原有的路由被打断，最终导致前级发来的待转发IP数据报得不到转发、网络出现业务数据丢失的现象。

进而，在这种情况下，即使发出丢失IP数据报的原始路由器能够感知到这个丢失事件、基于更新的路由表重发丢失的IP数据报，也将导致相关业务数据到达目的路由器的时间大幅度延后，有可能影响整个网络功能的实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于FPGA的无人机自组网通信可靠性优化方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于FPGA的无人机自组网通信可靠性优化方法，执行如下步骤：

1)机载路由器的转发表的建立与维护；

1-1)建立M个带序号的路由表，并以其生成的先后次序赋予序号；其中，后建立的路由表在加入任何一个表项之前的筛选最优路由的过程中，任意一条路由均减少使用已经被其他条路由使用过的中间网络节点；

1-2)在机载路由器控制平面生成与步骤1-1)中的M个路由表一一对应的M个带序号的转发表，发送到数据平面的转发引擎保存待用；所述转发表的序号与转发表所对应的路由表的序号相同；

1-3)若网络状态发生了变化，且被各机载路由器基于所遵循的路由协议而感知到，功能仍然正常的机载路由器将重新建立新的路由表，并更新并存储路由表、转发表；