[发明专利]基于分层网络架构的网络编码通信方法及装置

说明书

本公开涉及网络通信技术领域，提供了一种基于分层网络架构的网络编码通信方法及装置，方法包括：建立集群分层自组织网络；建立分层网络路由；传输网络编码数据。本公开采用分层分簇双簇首的网络架构，利用地面站参与骨干网络的初始化、空中节点自组织维护的方式来满足无人机集群动态环境下的网络维护，解决了空中节点在不需要地面站参与的情况下实现簇结构自组织维护的问题，能够以尽量小的开销快速构造并维持簇集合，可应用于未来各类战场环境与应用需求，在无人机、无人战车、无人艇、智能导弹、智能战士等无人智能装备组网作战以及有人/无人协同组网作战中，提供装备间及时可靠的消息传输，保障无人集群协同完成各项作战任务。

技术领域

本公开涉及网络通信技术领域，特别涉及一种基于分层网络架构的网络编码通信方法及装置。

背景技术

现有的无人机通信技术主要是单机飞行的点对点通信，集群通信网络的研究还处于起步阶段。目前，无人机集群通信网络主要是采用基站或无人机集群地面站对无人机实施控制。

然而，无人机作为空中传输的枢纽在组网方面还存在一些问题。例如，无人机组成的宽带网络拓扑具有多跳动态变化的特点，若采用传统的路由机制，将很难满足数据的高效可靠传输要求。并且，无人机组成的宽带网络中的各个节点还存在容量限制的问题，这会严重影响接入网络的传感节点的数目，无法达到多接入和高吞吐量传输的要求。

因此，在无人机集群的背景下，如何设计可行的智能组网和高效传输方案，成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，提供一种基于分层网络架构的网络编码通信方法及装置。

本公开的一个方面，提供了一种基于分层网络架构的网络编码通信方法，应用于无人机集群，包括以下步骤：

建立集群分层自组织网络：采用基于地理位置信息的分簇算法，将无人机集群中由空中节点和地面站组成的集群自组织网络，划分为由多个簇首节点和多个非簇首节点作为骨干节点的骨干网络，其中，多个簇首节点组成骨干网络的第一层，各个簇首节点分别对应的多个非簇首节点组成骨干网络的第二层，每个簇首节点与其对应的多个非簇首节点组成一个簇；

建立分层网络路由：基于骨干网络，建立能够感知骨干网络中各骨干节点之间连接态势的时间图模型，根据时间图模型，确定骨干节点的数据转发能力，使用地理位置信息辅助的簇首交换协议，建立骨干网络中源节点到目的节点的路由；

传输网络编码数据：源节点对编码缓存区中的原始数据包进行随机线性编码，得到对应的编码混合包，并将编码混合包发送至该源节点对应的源簇首节点，源簇首节点基于路由，将编码混合包发送至目的簇首节点，目的簇首节点将编码混合包发送至对应的目的节点。

可选的，建立集群分层自组织网络，具体包括以下步骤：

将地面站作为骨干网络的组网节点；

组网节点完成空中节点的入网：组网节点接收并处理空中节点发送的入网申请，根据入网申请，确定空中节点对应的身份信息和时隙信息，并将身份信息和时隙信息回复给空中节点，完成空中节点的入网，其中，身份信息用于指示空中节点是否为簇首节点以及空中节点为非簇首节点时所对应的簇首节点，时隙信息用于指示空中节点对应的簇首时隙或者簇内业务时隙；

新的空中节点侦听前一个步骤最后得到的簇首节点广播的地理位置信息，根据侦听到的地理位置信息，选取一跳范围距离最近且对应的非簇首节点的数量未达到预设限值的簇首节点作为新的组网节点，将新的入网申请发送至新的组网节点，新的组网节点根据组网节点完成空中节点的入网的步骤，完成新的空中节点的入网，得到最终的骨干网络。

可选的，组网节点完成空中节点的入网，具体包括以下步骤：