[发明专利]一种基于k跳可达性的主动保持无人集群网络连通性的方法

说明书

本发明提出一种基于k跳可达性的主动保持无人集群等动态网络连通性的方法，该方法通过主动调整网络拓扑结构来减轻节点或链路失效对网络连通性的影响，该方法主要特征在于：1)建立无人集群网络模型并定义衡量网络局部连通度的k‑跳约束局部代数连通度指标；2)基于k‑跳约束局部代数连通度分布式识别网络连通性异常；3)主节点使用基于虚拟边的拓扑重构方法集中式决策拓扑重构方案，再将方案交相关节点并行调整网络拓扑；4)使用几何方法确定目标拓扑的位置和朝向，优化拓扑变换过程中节点总移动距离。本发明的优点包括：提出了一种新型的衡量局部代数连通度的指标；改良了现有的势场方法在提升代数连通度时的局部最优问题；缩短了网络拓扑变换过程中所有节点移动的总距离；确保从初始拓扑向目标拓扑变换过程中网络保持连通。

技术领域

本发明属于无人集群(swarm)领域和动态网络通信领域，具体地说是提出一种基于k 跳可达性的主动保持无人集群等动态网络连通性的方法，该方法通过主动调整网络拓扑结构来减轻节点或链路失效对网络连通性的影响。

背景技术

由多个小型化无人节点组成的无人集群，由于其具有降低系统成本效率、扩展性强、生存性高和缩短任务完成时间等优点，受到了产业界和学术界的广泛关注。无人集群的优点来源于节点间的协同，而支撑节点协同的基础是保证无机集群网络的有效连通。在动态、移动甚至对抗的环境中，集群节点因为种种原因而易于损毁或失效，大量节点失效将无法保证无人集群网络的连通。网络连通度是直接影响网络可生存性的一个重要指标，只有保证无人集群网络具有一定的连通度才能支持无人集群正常工作。因此，为无人集群网络设计一种能够维持节点连通度的方法至关重要。

解决因节点失效而引发的无线网络连通性不足通常有两种途径：主动式和响应式策略。主动式策略通过部署冗余资源或路径来减轻节点失效对连通性造成的影响，使网络不致分割成多块。响应式策略则在检测到网络分块后设法恢复其连通性，主要方法包括移动节点、数据骡、协作通信等。目前在无线传感网、移动自组网等领域，尽管也具有类似的问题，而事实上无人集群网络所面临的问题与它们有所不同。例如，首先无人集群网络中的节点是智能节点，它们具有感知周边状况并依据任务进行自主决策的能力；其次，无人集群网络中的节点具有自主移动的能力，它具有为执行自主决策而移动到特定的位置的能力。

本发明利用无人集群的特点而提出一种全新的技术解决方案，当节点失效导致网络连通度不满足特定要求时，通过某种智能决策过程，主动调整拓扑来提升网络的连通度，从而降低节点失效导致网络发生分块的概率，提升网络的可靠性。

发明内容

[发明目的]：本发明提供了一种主动保持无人集群网络连通性的方法。通过设计一种基于k-跳可达性的分布式网络连通性异常识别方法和基于k-跳可达性定义的k-跳约束局部代数连通性指标，设计了一种拓扑重构方法，以保持网络从初始拓扑到目标拓扑的转换过程中的连通性。

[技术方案]：

1.一种基于k-跳可达性的主动保持无人集群网络连通性的方法，其特征在于，该方法的具体实施步骤如下：

步骤1：建立无人集群网络模型并定义衡量网络局部连通度的k-跳约束局部代数连通度指标；

步骤2：节点周期性的检查与其邻节点间的链路状态，若检测出链路断开，则启动网络连通性异常识别过程，具体包括以下三个子步骤：

步骤2.1：与1-跳邻节点通信，获取节点ID、位置、及k-跳邻节点的相关信息；

步骤2.2：根据获取到的信息，计算节点的k-跳约束局部代数连通度

步骤2.3：如果节点的k-跳约束局部代数连通度小于设定的阈值，则判定当前网络处于异常状态，并将异常信息报告给主节点处理。