支持蜂群应用的无人机网络研究

The Unmanned Aerial Vehicle (UAV) network supporting swarm applications is the research field impelled by Western powers, in which there are two key technologies both autonomy and coordination. However, there exist many difficult problems such as multi-interdisciplinary researches, managing many distributed and heterogeneous resources, and lack of steady communication service. In order to solve the problems, our project carries out following researches. Firstly, fundamental functions and characteristics of the UAV network are investigated, and the layered architecture of the UAV network, and its information, structure, communication and function model are proposed. Secondly, optimal methods of dispatch UAV network resources are studied, the UAV network coordination mechanism both based on agent autonomy and based on multi-agent coordination are put forward. Thirdly, the performance of the UAV network in the dynamic environment is worked over, and the QoS guarantee/recovery mechanisms of the UAV network in the slow dynamic/phase change environment are advanced. Lastly, some technologies of the simulation platform and prototype are researched, and the above theories and key technologies are validated. The achievements of the project can provide basic theory and key technology for designing and realizing UAV networks supporting the coordination applications such as the swarm war.

支持蜂群应用的无人机(UAV)网络是西方强国正在强力推进的研究领域，自主和协同是其中的两项关键技术。然而，该网络存在着跨学科研究、管理大量分布异构资源和缺乏稳定通信服务等难题。为此，本项目进行下列工作。首先，研究UAV网络的基本功能和特征，提出层次化UAV网络的体系结构及其信息、组织、通信、功能模型。第二，研究UAV网络资源的优化调度方法，提出基于agent自主性和多agent协同的UAV网络协同机制。第三，研究动态环境下的UAV网络性能，提出慢动态/相变环境下UAV网络的QoS保证/恢复机制。最后，研究UAV网络仿真平台和原型系统技术，验证相关理论和关键技术。本项目成果能够为设计实现支撑蜂群作战等协同应用的UAV网络提供基础理论和关键技术。

无人机蜂群网络是支撑颠覆性的蜂群作战和民事应用的技术难点，并且由于项目研究的前沿性和敏感性使得相关技术资料缺乏，项目的实用性导致研究成果不能仅限于理论推演还要能够落地，因此项目的研究过程是一个不断研讨、试错、集成与创新的过程。项目的成果包括：首先，为使研究沿科学理性的技术路线前行，全面分析了分布式智能应用对蜂群网络的需求，系统地研究并设计了无人机蜂群的体系结构及其网络的工作机理；其次，为使无人机蜂群具有自主智能控制和实战的能力，提出了无人机蜂群网络自主生成群集性（flocking）的概念与技术，设计了其抗毁自恢复的机理与技术；第三，为了验证无人机蜂群网络技术的可行性，研究了基于无人机蜂群的智能应用技术，其中包括动态部署无人机中继网络、无人机智能特写拍照和无人机协同应用；第四，为了强化无人机蜂群的安全性，研究了基于无人机蜂群特点的网络安全技术，其中包括主动安全、防范安全攻击、NFV/SDN安全等；第五，为了使理论研究能被用于实践，基于商用设备设计实现了无人机蜂群系统原型系统和仿真平台，为了提升网络试验效率，研究了基于NFV的虚拟化网络平台技术和多无人机管控系统等。项目完成了预期的成果并积极推动了无人机蜂群的相关研究。