隨著無人機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)運(yùn)用也越來越廣泛，其運(yùn)用領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遙測(cè)、巡檢、應(yīng)急、消防、軍事等眾多軍民領(lǐng)域。在軍用領(lǐng)域，空中無人化作戰(zhàn)平臺(tái)成為未來重要的作戰(zhàn)力量，多無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)將成為未來無人機(jī)作戰(zhàn)應(yīng)用的必然趨勢(shì)，將在戰(zhàn)爭(zhēng)中起著越來越重要的作用。以Ad hoc為技術(shù)基礎(chǔ)的分布式無中心的IP網(wǎng)絡(luò)是多無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的通信基礎(chǔ)，可以支撐各種信息的快速交互共享，實(shí)現(xiàn)協(xié)同感知、協(xié)同處理、協(xié)同決策和協(xié)同打擊，從而大提高無人機(jī)的生存能力和整體作戰(zhàn)效能。

無人機(jī)通信組網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)將是以Ad hoc技術(shù)為基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。美國國防部早在2005年發(fā)布的《無人飛行器發(fā)展路線圖》中已經(jīng)專門闡述了這一發(fā)展趨勢(shì)，在后面的幾版中也重復(fù)強(qiáng)調(diào)了這一發(fā)展趨勢(shì)。美軍之所以如此重視，是因?yàn)锳d hoc技術(shù)的應(yīng)用可以使得多架無人機(jī)快速形成一個(gè)分布式、無中心的多跳路由中繼的自組織網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自恢復(fù)、高抗毀的能力，大大擴(kuò)展無人機(jī)群的探測(cè)范圍，有效提高無人機(jī)群協(xié)同感知和信息共享能力，從而提升協(xié)同處理、協(xié)同決策和協(xié)同打擊的能力。美軍在該領(lǐng)域的應(yīng)用研究可以說已經(jīng)領(lǐng)跑多年，TTNT和其簡(jiǎn)化演進(jìn)版QNT是以Ad hoc技術(shù)和IP架構(gòu)為基礎(chǔ)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，在組網(wǎng)規(guī)模、傳輸速率、傳輸時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、抗干擾等方面的技戰(zhàn)術(shù)性能優(yōu)越，形成了強(qiáng)大的作戰(zhàn)協(xié)同能力，大大擴(kuò)展了作戰(zhàn)樣式。相關(guān)資料顯示，這兩型數(shù)據(jù)鏈在無人機(jī)協(xié)同、空地協(xié)同、機(jī)彈協(xié)同、彈彈協(xié)同、X47B著艦、無人機(jī)空中加油等方面得到應(yīng)用。

這里將Ad hoc技術(shù)稱為自組網(wǎng)技術(shù)，以自組網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的多無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)稱為無人機(jī)自組網(wǎng)。經(jīng)過國內(nèi)廣大科研工作者近20多年研究和實(shí)踐，投入實(shí)用的無人機(jī)自組網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)還不是很多，其原因有如下幾點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)高動(dòng)態(tài)分布式特性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)不斷發(fā)生變化，給信道資源分布式分配和路由快速發(fā)現(xiàn)和建立帶來很大的困難。二是無線信道資源的有限性。MAC協(xié)議和路由協(xié)議要以盡量少的控制開銷來提高信道資源的利用率，有效支撐節(jié)點(diǎn)的遲入網(wǎng)和動(dòng)態(tài)退出的條件下動(dòng)態(tài)分配無線信道資源。三是數(shù)據(jù)傳輸QoS保障。在多跳自組網(wǎng)中進(jìn)行MAC協(xié)議和路由協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，如何保證各種業(yè)務(wù)對(duì)傳輸時(shí)延、傳輸速率、傳輸誤包率的不同要求，多參量多目標(biāo)優(yōu)化條件下的信道資源的動(dòng)態(tài)分配和傳輸路由優(yōu)化選擇是一個(gè)較為困難的事。四是作戰(zhàn)應(yīng)用電磁環(huán)境的復(fù)雜性。尤其是在有故意干擾的電子對(duì)抗環(huán)境中，通信鏈路質(zhì)量的下降給無人機(jī)自組網(wǎng)的整體性能帶來極大的不利影響，要求物理層通信波形、數(shù)據(jù)鏈路層的MAC協(xié)議要能夠應(yīng)對(duì)電磁干擾，通信波形要一般采用擴(kuò)頻（跳頻、直擴(kuò)）或智能選頻等抗干擾技術(shù)，以及強(qiáng)大的糾錯(cuò)編碼能力來保證通信鏈路質(zhì)量。物理層通信波形要能夠?qū)﹄姶怒h(huán)境進(jìn)行認(rèn)知，MAC協(xié)議要能夠?qū)π诺蕾Y源進(jìn)行認(rèn)知，路由協(xié)議要能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行認(rèn)知，并在認(rèn)知的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)使用合適的抗干擾技術(shù)、信道資源分配策略和路由策略。

無人機(jī)自組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，這里要強(qiáng)調(diào)的是無人機(jī)通信組網(wǎng)部分，不包括應(yīng)用層的載荷任務(wù)部分。

一是物理層通信波形的抗干擾技術(shù)。無人機(jī)自組網(wǎng)的軍事應(yīng)用必然要能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境，能夠躲避敵方的干擾，或者消除干擾對(duì)通信帶來的不利影響，從而保障已方的正常通信。通信抗干擾技術(shù)主要有擴(kuò)頻技術(shù)和自適應(yīng)選頻技術(shù)，其中擴(kuò)頻包括傳統(tǒng)的跳頻、直擴(kuò)和擴(kuò)跳等抗干擾技術(shù)。跳頻簡(jiǎn)而言之就是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電臺(tái)的通信載波頻率在預(yù)先設(shè)定的跳頻集中按照特定的偽隨機(jī)序列所控制的跳頻圖案進(jìn)行同步跳變，達(dá)到抗截獲和抗干擾通信的目的。自適應(yīng)選頻采用認(rèn)知無線電技術(shù)對(duì)預(yù)設(shè)的候選頻點(diǎn)進(jìn)行干擾認(rèn)知和通信質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)估，當(dāng)前工作頻點(diǎn)受到干擾、通信質(zhì)量下降后，可以迅速選擇未被干擾的通信質(zhì)量最好的頻率進(jìn)行通信。對(duì)于自組網(wǎng)系統(tǒng)來說，寬帶高速跳頻不但要需要解決傳統(tǒng)全連通網(wǎng)絡(luò)的載波同步、位同步、幀同步，還要實(shí)現(xiàn)在多跳條件下的全網(wǎng)時(shí)間同步和跳頻圖案的同步，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大。對(duì)于自適應(yīng)選頻來說，如何實(shí)時(shí)對(duì)預(yù)設(shè)候選頻點(diǎn)（信道）進(jìn)行通信質(zhì)量評(píng)估，并在當(dāng)有干擾時(shí)，全網(wǎng)如何快速同步切換收斂到通信效果最好的頻點(diǎn)，是無人機(jī)自組網(wǎng)能夠應(yīng)用于軍事領(lǐng)域首先要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

二是數(shù)據(jù)鏈層的MAC協(xié)議。對(duì)于無人機(jī)自組網(wǎng)而言，就是如何在無中心節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的條件下，采用分布式算法動(dòng)態(tài)快速給各個(gè)節(jié)點(diǎn)分配合適的信道資源，既要達(dá)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)公平、高效接入使用有限的信道資源，又要達(dá)到低時(shí)延、高可靠、高吞吐量的目標(biāo)，這是無人機(jī)自組網(wǎng)要攻克的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)之一。

三是網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議。無人機(jī)自組網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的高速移動(dòng)，使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓绾卧O(shè)計(jì)一種快速、高效、擴(kuò)展性好、動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)的路由算法，具有入網(wǎng)快、路由切換快、收斂快、控制開銷小的優(yōu)良特性，是無人機(jī)自組網(wǎng)另一個(gè)要攻克的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)。

四是QOS技術(shù)。現(xiàn)有自組網(wǎng)電臺(tái)研發(fā)過程中大多進(jìn)行了跨層設(shè)計(jì)，在MAC協(xié)議和路由協(xié)議的設(shè)計(jì)過程中會(huì)用到物理層的信號(hào)強(qiáng)度指示，誤碼率等參數(shù)，也會(huì)融合傳輸層中的QOS和擁塞控制技術(shù)，同時(shí)采用一些功率自適應(yīng)、調(diào)制自適應(yīng)、編碼自適應(yīng)、速率自適應(yīng)技術(shù)，來保證各種業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、速率、丟包率的不同要求。

一、Ad-Hoc技術(shù)說明

（一）概述

無線自組網(wǎng)也稱為Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)，源自于美國DARPA啟動(dòng)的多個(gè)分組網(wǎng)絡(luò)在軍事通信領(lǐng)域的應(yīng)用項(xiàng)目。其后發(fā)展為Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)，IETF將Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)稱為MANET（移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)）。

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，無需設(shè)置任何中心控制節(jié)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗毀性。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不僅具有普通移動(dòng)終端所需的功能，而且具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力。當(dāng)通信的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在直接通信范圍之內(nèi)時(shí)，它們可以通過中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文進(jìn)行通信。有時(shí)節(jié)點(diǎn)間的通信可能要經(jīng)過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即報(bào)文要經(jīng)過多跳（Hop）才能到達(dá)目的地，這是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與其他移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的最根本的區(qū)別。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式算法的相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)組織和運(yùn)行。

（二）主要特點(diǎn)

1、分布式無中心。所有的電臺(tái)的地位都是平等的，不存在中心節(jié)點(diǎn)。所有的節(jié)點(diǎn)都可以隨時(shí)加入或退出網(wǎng)絡(luò)而不影響原有網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

2、多跳轉(zhuǎn)發(fā)。所有的合法電臺(tái)都可以自動(dòng)完成中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

3、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹ＶС謩?dòng)態(tài)的路由拓?fù)洌m用于網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)洳粩嘧兓倪\(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。

4、IP透?jìng)鳌?shí)現(xiàn)了IP透?jìng)鞴δ埽瑢⑺械臄?shù)據(jù)信息都進(jìn)行IP化。

5、寬帶傳輸。采用多載波方式，可以提供寬帶的通信信道，能夠滿足數(shù)據(jù)、語音、圖片和視頻等信息的傳輸需求。

只要設(shè)備的IP在同一網(wǎng)段，即可以自動(dòng)連接，且沒有中心節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以連接到組網(wǎng)內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)。

二、可視化自組網(wǎng)通信系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)案例

（一）應(yīng)用場(chǎng)景概述

某地區(qū)建黨100周年匯報(bào)演練隆重舉行，參加部門有：特警，消防，應(yīng)急救援，民兵預(yù)備役等相關(guān)單位，參演隊(duì)員們警容嚴(yán)整、精神飽滿、斗志昂揚(yáng)，按照統(tǒng)一指令迅速進(jìn)入?yún)R演環(huán)節(jié)。我司為其提供安全通信保障任務(wù)，將現(xiàn)場(chǎng)第一視角畫面實(shí)時(shí)傳輸至觀摩點(diǎn)。并圓滿完成任務(wù)，獲得試用單位高度認(rèn)可。

組網(wǎng)示意圖

（二）場(chǎng)景應(yīng)用需求

1、在演習(xí)場(chǎng)地中把特戰(zhàn)隊(duì)員第一視角視頻傳輸?shù)街笓]臺(tái)大屏幕；

2、根據(jù)保密要求，不能使用公網(wǎng)傳輸視頻數(shù)據(jù)；

3、視頻傳輸流暢，在演習(xí)活動(dòng)中視頻畫面流暢，穩(wěn)定；

4、將現(xiàn)場(chǎng)聲音實(shí)時(shí)傳輸?shù)接^摩點(diǎn)大屏幕。

（三）設(shè)備配置

（四）設(shè)備參數(shù)特點(diǎn)

1．頭盔式無線單兵設(shè)備

（1）功能特點(diǎn)

1、業(yè)務(wù)針對(duì)性強(qiáng)：產(chǎn)品根據(jù)武警，特警等部門實(shí)際業(yè)務(wù)需求量身定制

2、符合國標(biāo)：支持國標(biāo)GB/T28181協(xié)議。

3、北斗/GPS雙模定位

4、PTT數(shù)字集群對(duì)講，小組隊(duì)員間相互通信

5、本地大容量存儲(chǔ)128GB,支持連續(xù)錄像不小于60小時(shí)

6、集成紅外夜視功能，光敏感應(yīng)，白天/夜間模式自動(dòng)開啟

7、快速安裝：武警，特警專用魔術(shù)貼，方便安裝在頭盔上

8、一鍵開關(guān)機(jī)：帶上手套也可以正常操作，操作簡(jiǎn)單

9、一鍵報(bào)警：戰(zhàn)士遇到突發(fā)情況，一鍵報(bào)警到指揮中心，設(shè)備啟動(dòng)報(bào)警加密錄像

10、支持VPN加密通信，雙碼流編碼，一路碼流傳輸至指揮中心，一路碼流存儲(chǔ)本地

11、支持4G運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)通信，移動(dòng)/聯(lián)通/ 電信

12、實(shí)時(shí)視頻、實(shí)時(shí)語音對(duì)講

（2）規(guī)格

2．無線自組網(wǎng)通信設(shè)備

（1）功能特點(diǎn)

1、體積小，適合穿戴或手持

2、支持語音、視頻等IP業(yè)務(wù)雙向傳輸

3、支持PTT語音傳輸

4、動(dòng)態(tài)路由功能，網(wǎng)絡(luò)自組織和自恢復(fù)功能

5、支持內(nèi)置WiFi

6、支持內(nèi)置的GPS/北斗定位

7、支持串口透?jìng)鞴δ?/p>

8、支持多設(shè)備組網(wǎng)，最大支持連續(xù)中繼32節(jié)點(diǎn)

9、寬帶高吞吐量，無線自組網(wǎng)可提供高達(dá)70Mbps的IP數(shù)據(jù)傳輸速率。

10、組網(wǎng)靈活，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)之間以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、人到人、人到車、車到車等多重的組網(wǎng)通信方式

11、優(yōu)化調(diào)制方式，采用獨(dú)特的COFDM調(diào)制模式，具有優(yōu)異的射頻穿透能力及路勁繞射傳輸性能。

12、擴(kuò)展性，支持第三方IP攝像頭作為射頻源可直接接入自組網(wǎng)設(shè)備

（2）規(guī)格