無(wú)人機(jī)集群技術(shù)第一章緒論國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流本科課程jian’y1.1課程導(dǎo)入1.2目錄CONTENT課程性質(zhì)與特色1.3無(wú)人機(jī)集群概述課程導(dǎo)入1.1直升機(jī)/無(wú)人機(jī)混合集群協(xié)同電磁作戰(zhàn)（關(guān)鍵技術(shù)：集群組網(wǎng)、群體智能、數(shù)字孿生）運(yùn)輸直升機(jī)飛赴戰(zhàn)區(qū)集結(jié)無(wú)人集群投放無(wú)人機(jī)集群協(xié)同電子偵查目標(biāo)截獲定位無(wú)人機(jī)集群自主航跡規(guī)劃協(xié)同電磁干擾武裝直升機(jī)開(kāi)辟突防通道遂行攻擊任務(wù)課程導(dǎo)入1.14課程性質(zhì)與特色1.2課程性質(zhì)與特色現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展、相互滲透和多元融合形成了信息革命。其中一個(gè)重要方面就是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。無(wú)人機(jī)集群技術(shù)屬于通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)分支，它是“航空和信息”高度交叉融合的科技前沿，涉及飛行器設(shè)計(jì)與工程（082002）、信息工程（080706）等多個(gè)傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)，符合新工科專(zhuān)業(yè)建設(shè)的發(fā)展方向。因此，本課程是一門(mén)跨專(zhuān)業(yè)、跨學(xué)科的學(xué)科拓展專(zhuān)業(yè)課程。1.26無(wú)人機(jī)集群是航空和信息高度交叉融合的科技前沿課程性質(zhì)與特色1.2

小精靈項(xiàng)目

CODE項(xiàng)目

“灰山鶉”項(xiàng)目

LOCUST項(xiàng)目中國(guó)電科中國(guó)電子科技集團(tuán)公司成功完成了119架固定翼無(wú)人機(jī)集群飛行試驗(yàn)，演示了密集彈射起飛、空中集結(jié)、多目標(biāo)分組、編隊(duì)合圍、蜂群行動(dòng)等動(dòng)作。7課程主要內(nèi)容

1、無(wú)人機(jī)分類(lèi)與多旋翼無(wú)人機(jī)；2、無(wú)人機(jī)集群體系結(jié)構(gòu)與控制架構(gòu)；

3、無(wú)人機(jī)集群通信與組網(wǎng)；

4、無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制；

5、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。課程學(xué)時(shí)安排

1、必修：課堂教學(xué)28學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)，共計(jì)36學(xué)時(shí)；

2、選修：實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放日，科創(chuàng)，競(jìng)賽。培養(yǎng)目標(biāo)：旨在幫助學(xué)生掌握無(wú)人機(jī)集群相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。培養(yǎng)探究式的思維方式和解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及從事相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科學(xué)研究、工程技術(shù)及管理工作提供必備的理論基礎(chǔ)。課程性質(zhì)與特色1.28集群節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，實(shí)驗(yàn)成本高1集群覆蓋范圍廣，空域申請(qǐng)難2易發(fā)墜機(jī)等事故，實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大3結(jié)果難重現(xiàn)，不利于探究性教學(xué)4無(wú)人機(jī)集群相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨嚴(yán)重困難課程性質(zhì)與特色1.292020年國(guó)家級(jí)一流本科課程：多旋翼無(wú)人機(jī)裝配與群體協(xié)同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)與特色1.210能實(shí)不虛虛實(shí)結(jié)合多旋翼無(wú)人機(jī)裝配與參數(shù)調(diào)試無(wú)人機(jī)集群鏈路預(yù)算與組網(wǎng)無(wú)人機(jī)集群協(xié)同與自主避障實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏箤W(xué)生掌握多旋翼無(wú)人機(jī)裝配與參數(shù)調(diào)試、無(wú)人機(jī)集群鏈路預(yù)算與組網(wǎng)、無(wú)人機(jī)集群協(xié)同與自主避障相關(guān)技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生探究式的思維方式和解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力課程性質(zhì)與特色1.211無(wú)人機(jī)PID調(diào)參仿真環(huán)境中的無(wú)人機(jī)PID調(diào)參無(wú)人機(jī)集群協(xié)同飛行測(cè)試仿真環(huán)境中的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同飛行高階性創(chuàng)新性挑戰(zhàn)度仿真程序和數(shù)據(jù)來(lái)源于科研中的實(shí)際程序?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)課程性質(zhì)與特色1.212國(guó)家級(jí)一流課程建設(shè)體系無(wú)人機(jī)集群技術(shù)國(guó)家級(jí)一流本科課程、工信部“十四五”規(guī)劃教材、高等教育出版社數(shù)字課程課程性質(zhì)與特色1.213無(wú)人機(jī)集群概述1.3什么是無(wú)人機(jī)？無(wú)人機(jī)是無(wú)人航空飛行器（UnmannedAerialVehicle,UAV）的簡(jiǎn)稱，是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、機(jī)上無(wú)人駕駛、可控制、可執(zhí)行特定任務(wù)的航空飛行器。無(wú)人機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：小型化、智能化；高空化、長(zhǎng)行時(shí)化；低造價(jià)、低損耗。1.315無(wú)人機(jī)的分類(lèi)無(wú)人機(jī)最主要可分為固定翼和多旋翼兩大類(lèi)。1.316單無(wú)人機(jī)的缺陷單架無(wú)人機(jī)雖然具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、隱蔽性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但存在以下問(wèn)題：在執(zhí)行任務(wù)中，由于各種意外而造成無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障；偵查范圍有限，可能遺漏目標(biāo)；在覆蓋范圍、殺傷半徑、摧毀能力和攻擊精度等方面不足。無(wú)人機(jī)集群1.317什么是無(wú)人機(jī)集群由一定數(shù)量的單功能、多功能的UAV共同組成?？蓪?shí)現(xiàn)單個(gè)平臺(tái)行為自主決策、平臺(tái)間行為協(xié)同。

在交感網(wǎng)絡(luò)的支撐下，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息交互與反饋、激勵(lì)與響應(yīng)等交感行為。最終產(chǎn)生能力涌現(xiàn)的自主式空中移動(dòng)系統(tǒng)。

1.318無(wú)人機(jī)飛行控制方式1.遙控方式。一般利用地面指揮控制系統(tǒng)內(nèi)的遙控面板和外部遙控協(xié)同的方式。需要地面操控人員的參與。3.監(jiān)控方式的自主飛行。無(wú)人機(jī)具有自動(dòng)化程度高的飛控系統(tǒng)，具有在線規(guī)劃、任務(wù)分配、飛行重構(gòu)等能力。

無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中完全自主控制、決策和管理，操縱人員只是對(duì)無(wú)人機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行校正。

2.預(yù)編程控制。無(wú)人機(jī)按照機(jī)載計(jì)算機(jī)預(yù)先編好的程序飛行，需要簡(jiǎn)單的機(jī)載自動(dòng)駕駛儀。魯棒性差，只能執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)。1.319無(wú)人機(jī)集群適合完成的任務(wù)無(wú)人機(jī)集群需要具有感知、任務(wù)分析、規(guī)劃、推理、決策和動(dòng)作執(zhí)行等功能。與單個(gè)無(wú)人機(jī)相比，無(wú)人機(jī)集群更適合完成以下任務(wù)：

區(qū)域監(jiān)測(cè)、遍歷類(lèi)任務(wù)外界環(huán)境過(guò)于危險(xiǎn)的任務(wù)有冗余性的任務(wù)

1.320無(wú)人機(jī)集群的民用場(chǎng)景在民用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)集群可用于農(nóng)業(yè)植保、航空攝影、應(yīng)急救災(zāi)難和飛行表演等。農(nóng)業(yè)植保：用無(wú)人機(jī)噴藥，防治病蟲(chóng)害。航空攝影：低空無(wú)人機(jī)集群攝影系統(tǒng)。應(yīng)急救災(zāi)：森林火災(zāi)探測(cè)、無(wú)人機(jī)滅火。飛行表演：重大活動(dòng)的夜間空中燈光秀。1.321無(wú)人機(jī)集群基于合作策略和協(xié)調(diào)機(jī)制，應(yīng)具有以下屬性：具有自適應(yīng)、自組織特性具有柔性和魯棒性具有人為監(jiān)測(cè)干預(yù)的受控系統(tǒng)無(wú)人機(jī)自組織與人弱控制交互作用的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)集群的集群屬性1.322無(wú)人機(jī)集群內(nèi)部各無(wú)人機(jī)有目的、有意識(shí)的運(yùn)行/演變活動(dòng)稱為集群行為。

按運(yùn)行層次及參與無(wú)人機(jī)個(gè)數(shù)，集群行為可分為獨(dú)立行為、

交互行為、協(xié)同行為、系統(tǒng)行為；獨(dú)立行為指未與其他無(wú)人機(jī)交互而自行發(fā)生的行為，一般存在于標(biāo)志無(wú)人機(jī)(主節(jié)點(diǎn))。交互行為是集群內(nèi)無(wú)人機(jī)間交互與反饋、激勵(lì)與響應(yīng)等智能行為，多種形式、多種意圖的交互行為產(chǎn)生集群能力。

無(wú)人機(jī)集群的集群行為1.323

按運(yùn)行層次及參與無(wú)人機(jī)個(gè)數(shù)，集群行為可分為獨(dú)立行為、交互行為、協(xié)同行為、系統(tǒng)行為；協(xié)同行為是獨(dú)立行為和交互行為共同產(chǎn)生作用的結(jié)果。系統(tǒng)行為是集群整體層面的行為，在行為調(diào)控和自組織作用下，控制無(wú)人機(jī)集群遂行任務(wù)，是系統(tǒng)自組織特性的具體體現(xiàn)。

無(wú)人機(jī)集群的集群行為1.324無(wú)人機(jī)集群需要具備的能力群體智能能力

引入人工智能。感知、運(yùn)算和決策能力如同一群鳥(niǎo)在空中飛，需要知道方向，位置，地形狀態(tài)等

如何適應(yīng)環(huán)境，如何完成任務(wù)。通信能力

無(wú)人機(jī)之間通過(guò)通信鏈路進(jìn)行信息交互。

航跡規(guī)劃能力

設(shè)計(jì)飛行路線，具有一定的冗余度。

1.325任務(wù)環(huán)境的復(fù)雜性。體現(xiàn)在復(fù)雜的對(duì)抗性環(huán)境，可能包含多種既有的和突發(fā)的威脅、障礙、極端天氣等。任務(wù)需求的復(fù)雜性。不同的任務(wù)在目標(biāo)、時(shí)序約束、時(shí)間敏感性約束、任務(wù)指標(biāo)等各個(gè)方面均可能存在差異。

無(wú)人機(jī)集群成員間的差異。組成集群的單個(gè)無(wú)人機(jī)存在運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性、功能、信息收集與處理和通信能力等的差異。通信約束的復(fù)雜化。通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、帶寬受限、通信于擾、通信延時(shí)等，甚至可能會(huì)出現(xiàn)虛假通信等問(wèn)題。

無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制的復(fù)雜性1.326航跡規(guī)劃是無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的關(guān)鍵技術(shù)。它是指根據(jù)已知的敵情和地形信息在出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間尋找一條綜合指標(biāo)最優(yōu)的飛行路徑。1.地形和敵情的信息處理及建模。需要建立地形數(shù)據(jù)庫(kù)，如美國(guó)的數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)（DTED）。敵情則通過(guò)衛(wèi)星和情報(bào)手段獲得。無(wú)人機(jī)集群的航跡規(guī)劃1.3272.威脅突防模型：包括地形地物、電磁干擾、雷達(dá)探測(cè)和地空導(dǎo)彈威脅等。通過(guò)建模分析，提高無(wú)人機(jī)集群的生存概率，盡最大可能成功完成任務(wù)。

3.航跡規(guī)劃算法

靜態(tài)航跡規(guī)劃決定了生成航跡的合理性和可靠性；

動(dòng)態(tài)航跡規(guī)劃決定了規(guī)劃的實(shí)時(shí)性和有效性。

常用的算法包括：虛擬勢(shì)場(chǎng)法、A-Star算法、蟻群算法、遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等。

無(wú)人機(jī)集群的航跡規(guī)劃1.328謝謝！國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流本科課程《無(wú)人機(jī)集群技術(shù)》第二章

無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)同控制架構(gòu)目錄2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語(yǔ)2.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各層主要功能2.4無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.5無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制架構(gòu)2.6基于圖論的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制方法2.7本章小結(jié)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)2.1網(wǎng)絡(luò)分層的形成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出的背景網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和異質(zhì)性不同的通信介質(zhì)：有線、無(wú)線……不同的設(shè)備類(lèi)型：終端、路由器、交換機(jī)……不同的操作系統(tǒng)：Linux、Unix、Windows……不同的軟、硬件接口和通信協(xié)議對(duì)于如此復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用什么方法能合理地組織？分而治之——分層?。。?.133采用分層設(shè)計(jì)方法的原因1為什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的設(shè)計(jì)要采用分層的方法？分層可以將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干簡(jiǎn)單問(wèn)題來(lái)解決對(duì)等層是有共識(shí)的用戶快遞公司運(yùn)輸部門(mén)運(yùn)輸通道網(wǎng)絡(luò)分層的形成2.134獨(dú)立性強(qiáng)易實(shí)現(xiàn)和維護(hù)【每層不需要知道它的上、下層是如何進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)的】【各層可采用最適合的技術(shù)】靈活度高【當(dāng)任意層發(fā)生變化時(shí)，只要接口不變，上下層均不受影響】促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化【各開(kāi)發(fā)商的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)得到統(tǒng)一，進(jìn)而可以協(xié)同開(kāi)發(fā)】分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)呢？分層的優(yōu)勢(shì)與設(shè)計(jì)2.135分層優(yōu)勢(shì)與設(shè)計(jì)分層設(shè)計(jì)的原則層間通過(guò)接口進(jìn)行通信，跨越接口的信息量盡可能少34把應(yīng)用程序和通信管理程序分開(kāi)。還要將通信管理程序分為若干個(gè)模塊，通信接口標(biāo)準(zhǔn)化。12根據(jù)功能需要分層每層獨(dú)立，功能明確層數(shù)適中，不能太多：避免體系結(jié)構(gòu)過(guò)于龐大。層數(shù)不能過(guò)少：避免多種功能混于同一層，造成協(xié)議太復(fù)雜2.136網(wǎng)絡(luò)分層的研究方法研究方法：

1.按功能抽象分層2.定義層間的接口和提供的服務(wù)

3.定義同層間通信的規(guī)則——協(xié)議網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的三要素：

1.層

2.服務(wù)：垂直的，由下層向上層通過(guò)層間接口提供。

3.協(xié)議：水平的，控制對(duì)等實(shí)體間的通信的規(guī)則。2.137網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分層的形成2.138網(wǎng)絡(luò)分層的形成OSI協(xié)議集發(fā)展歷史ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和CCITT（國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理的標(biāo)準(zhǔn)化工作始于1979年，并于1981年正式推薦了聯(lián)合制定的OSI(OpenSystemInterconnect，開(kāi)放式系統(tǒng)互連)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP協(xié)議集發(fā)展歷史TCP/IP（Transmissioncontrolprotocol/Internetprotocol）協(xié)議產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時(shí)ARPA為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)之間的互聯(lián)和互通，大力資助互聯(lián)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，從而導(dǎo)致了TCP/IP的發(fā)展。

1980年，ARPANET上所有的機(jī)器采用TCP/IP協(xié)議，以ARPANET為主干建立了Internet。到80年代末90年代初，TCP/IP協(xié)議集成為了Internet事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。2.139網(wǎng)絡(luò)分層的形成

對(duì)TCP/IP協(xié)議集的評(píng)價(jià)

TCP/IP是Internet的支撐協(xié)議，是目前使用最廣泛的協(xié)議。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：1、簡(jiǎn)單、靈活、易于實(shí)現(xiàn)。2、充分考慮不同用戶的需求。AndrewS.Tanenbaum在書(shū)中指出TCP/IP：1、沒(méi)有明顯地區(qū)分出協(xié)議、接口和服務(wù)的概念。2、不通用，只能描述它本身。3、主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層只是個(gè)接口。4、不區(qū)分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。

——有缺陷的協(xié)議，但很難被替換。

2.140網(wǎng)絡(luò)分層的形成

對(duì)OSI協(xié)議集的評(píng)價(jià)

OSI是20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的主流。OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心貢獻(xiàn)：

1、分層模型

2、服務(wù)、接口和協(xié)議

AndrewS.Tanenbaum在書(shū)中評(píng)價(jià)OSI：

1、糟糕的提出時(shí)機(jī)（太晚，上世紀(jì)80年代提出，90年代修訂）2、糟糕的技術(shù)（模型和協(xié)議都有缺陷）3、糟糕的實(shí)現(xiàn)（龐大，笨拙，緩慢）4、糟糕的策略（政府和組織的官僚）

2.141網(wǎng)絡(luò)的主要功能網(wǎng)絡(luò)的主要功能

1、數(shù)據(jù)通信：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)之間的各種數(shù)據(jù)傳輸。它是網(wǎng)絡(luò)最基本的功能，也是其他功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)；2、資源共享：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、硬件和軟件三類(lèi)資源的共享。它是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的主要目的；3、負(fù)荷均衡：將網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷均勻地分配給網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)，如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載過(guò)重時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)程序的控制和管理，將負(fù)荷交給網(wǎng)絡(luò)上的其他系統(tǒng)去處理。4、分布處理：將任務(wù)分配給多個(gè)計(jì)算機(jī)去處理，以提高系統(tǒng)的處理能力。2.142網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語(yǔ)2.2實(shí)體與協(xié)議實(shí)體entity

實(shí)體是指層中的活動(dòng)元素。它可以是軟件，也可以是硬件。不同節(jié)點(diǎn)中位于同一層次的實(shí)體稱為對(duì)等實(shí)體（peerentity）。實(shí)體若要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這種控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體（或多個(gè)實(shí)體）進(jìn)行通信的規(guī)則的集合，就稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡(jiǎn)稱協(xié)議。協(xié)議protocol

2.244協(xié)議的組成協(xié)議的組成：3語(yǔ)序1語(yǔ)義2語(yǔ)法指需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作及做出何種應(yīng)答。（要做什么）描述數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷剑〝?shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號(hào)電平等。（該怎么做）事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明，定義了何時(shí)進(jìn)行通信及以多快的速率發(fā)送等。（做的順序）2.245服務(wù)與服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)定義：(n)實(shí)體向(n+1)實(shí)體提供的相互通信的能力，是(n+1)實(shí)體能看見(jiàn)的(n)實(shí)體提供的功能集合。

服務(wù)與功能的區(qū)別：每一層提供的功能很多，但只有被上層調(diào)用的才叫做服務(wù)。

服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（ServiceAccessPoint,SAP）：

是指在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行信息交換的地方。SAP是一個(gè)抽象的概念，本質(zhì)是一個(gè)邏輯接口。服務(wù)service

2.246服務(wù)用戶與服務(wù)提供者第n層的兩個(gè)“實(shí)體（n）”之間通過(guò)“協(xié)議（n）”進(jìn)行通信。第n層向上面的第n+1層所提供的服務(wù)實(shí)際上已包括了在它以下各層所提供的服務(wù)。協(xié)議(n+1)SAPSAP交換原語(yǔ)交換原語(yǔ)實(shí)體(n+1)服務(wù)提供者第n層第n+1層實(shí)體(n+1)服務(wù)用戶實(shí)體(n)實(shí)體(n)協(xié)議(n)2.247協(xié)議其實(shí)現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務(wù)對(duì)上層的服務(wù)用戶是透明

是“水平的”服務(wù)上層使用服務(wù)原語(yǔ)獲得下層所提供的服務(wù)上層的服務(wù)用戶只能看見(jiàn)服務(wù)，無(wú)法看見(jiàn)下層協(xié)議是“垂直的”協(xié)議服務(wù)的關(guān)系2

1、服務(wù)是各層向上層提供的一組原語(yǔ)（操作），只定義接口不涉及具體實(shí)現(xiàn)。只告訴上層能干什么，以及怎么調(diào)用，上層并不知道究竟是怎么實(shí)現(xiàn)的。

2、協(xié)議定義同層對(duì)等實(shí)體的具體規(guī)則，協(xié)議是服務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

3、實(shí)體利用協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)定義的接口；只要服務(wù)不變，可以任意改變協(xié)議。服務(wù)與協(xié)議2.248數(shù)據(jù)單元網(wǎng)絡(luò)中信息傳送的單位為數(shù)據(jù)單元對(duì)等實(shí)體在協(xié)議的控制下交換信息對(duì)等層之間：協(xié)議數(shù)據(jù)單元相鄰層實(shí)體按服務(wù)交換信息層與層之間：服務(wù)數(shù)據(jù)單元網(wǎng)絡(luò)各層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元2.249網(wǎng)絡(luò)層次中間設(shè)備定義作用物理層中繼器Repeater一種最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備將信號(hào)放大，使信號(hào)能傳的更遠(yuǎn)集線器Hub一種能夠提供多端口服務(wù)的中繼器，也稱為“多端口中繼器”可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)，把每個(gè)輸入端口的信號(hào)放大再發(fā)到別的端口去數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)橋Bridge一個(gè)局域網(wǎng)與另一個(gè)局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁根據(jù)MAC地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)幀交換機(jī)Switch交換機(jī)使用硬件來(lái)完成以往網(wǎng)橋使用軟件來(lái)完成過(guò)濾、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程的任務(wù)能分辨幀中的源MAC地址和目的MAC地址，因此可以在任意兩個(gè)端口間建立聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)層路由器Router路由器利用IP地址來(lái)區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連為IP數(shù)據(jù)包尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數(shù)據(jù)有效地傳送到目的站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層以上網(wǎng)關(guān)Gateway僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語(yǔ)言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個(gè)翻譯器中間設(shè)備2.250IP地址與硬件地址IP地址

InternetProtocolAddressIP地址的含義是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址，給網(wǎng)絡(luò)上的每一臺(tái)主機(jī)（或路由器）的每一個(gè)接口分配一個(gè)在聯(lián)通范圍內(nèi)是唯一的標(biāo)識(shí)符。兩級(jí)的IP地址可以記為：硬件地址網(wǎng)絡(luò)中每臺(tái)設(shè)備都有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，這個(gè)地址叫MAC地址（MediaAccessControlAddress）或硬件地址，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)時(shí)寫(xiě)在硬件內(nèi)部。2.251IP地址與硬件地址

兩類(lèi)地址的區(qū)別使用IP地址的IP數(shù)據(jù)報(bào)一旦交給了數(shù)據(jù)鏈路層，就被封裝成MAC幀。MAC幀在傳送時(shí)使用的源地址和目的地址都是硬件地址，這兩個(gè)硬件地址都寫(xiě)在MAC幀的首部中。2.252網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層的主要功能2.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層應(yīng)用層(applicationlayer)運(yùn)輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)2.354應(yīng)用層每個(gè)應(yīng)用層協(xié)議都是為了解決某一類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，應(yīng)用層的具體內(nèi)容就是規(guī)定應(yīng)用進(jìn)程在通信時(shí)所遵循的協(xié)議。許多應(yīng)用層的協(xié)議都是基于客戶服務(wù)器方式。客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)關(guān)系?？蛻羰欠?wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。2.355傳輸層從通信和信息處理的角度看，傳輸層向它上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，同時(shí)也是用戶功能中的最低層。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使用網(wǎng)絡(luò)的核心部分的功能進(jìn)行端到端的通信時(shí)，只有位于網(wǎng)絡(luò)邊緣部分的主機(jī)的協(xié)議棧才有傳輸層，而網(wǎng)絡(luò)核心部分中的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)都只用到下三層的功能。2.356傳輸層從傳輸層的角度看，通信的真正端點(diǎn)并不是節(jié)點(diǎn)，而是節(jié)點(diǎn)中的進(jìn)程。即端到端的通信是應(yīng)用進(jìn)程之間的通信。應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程端口端口5432154321傳輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信321321網(wǎng)絡(luò)層AP1AP4AP2AP3網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的作用不同節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B路由器1路由器2LAN2WANLAN1AP1AP2AP3AP4網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP的作用范圍傳輸層協(xié)議TCP和UDP的作用范圍2.357網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層，因而網(wǎng)絡(luò)層是直接為資源子網(wǎng)服務(wù)的。網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)不同的設(shè)計(jì)原則，為上層用戶提供的服務(wù)質(zhì)量差異非常大。網(wǎng)絡(luò)層功能是為通信節(jié)點(diǎn)間建立、保持和終止網(wǎng)絡(luò)連接，提供網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)、路由選擇、網(wǎng)間互連、QoS支持及相應(yīng)的路由安全保證。2.358網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的路由表設(shè)計(jì)：

1.路由編址：

路由選擇能不能使用硬件地址？即路由表中是否可以使用硬件地址？2.路由表選項(xiàng)：路由表應(yīng)盡可能完整涵蓋所有目的節(jié)點(diǎn)。一般不以目的節(jié)點(diǎn)作為表項(xiàng)。路由表中出現(xiàn)的下一跳地址一般都是目的網(wǎng)絡(luò)。查找路由時(shí)通常會(huì)有多個(gè)命中的選項(xiàng)，路由器將按照指定的規(guī)則進(jìn)行選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)的地址。2.359路由算法：Dijkstra算法原理每個(gè)節(jié)點(diǎn)用從源節(jié)點(diǎn)沿已知最佳路徑到本節(jié)點(diǎn)的距離來(lái)標(biāo)注；初始時(shí)，將源節(jié)點(diǎn)標(biāo)注為0，并令其為工作節(jié)點(diǎn)；檢查與工作節(jié)點(diǎn)相鄰的臨時(shí)性節(jié)點(diǎn)，若該節(jié)點(diǎn)到工作節(jié)點(diǎn)的距離與工作節(jié)點(diǎn)的標(biāo)注之和小于該節(jié)點(diǎn)的標(biāo)注，則用新計(jì)算得到的和重新標(biāo)注該節(jié)點(diǎn)；在整個(gè)圖中查找具有最小值的臨時(shí)性標(biāo)注節(jié)點(diǎn)，將其變?yōu)橛谰眯怨?jié)點(diǎn)，并成為下一輪檢查的工作節(jié)點(diǎn)；重復(fù)第3、4步，直到目的節(jié)點(diǎn)成為工作節(jié)點(diǎn)。2.360數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路之上，建立相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路。通過(guò)差錯(cuò)控制，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。封裝成幀：將二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝（幀定界/幀同步）透明傳輸：可以傳輸任意組合的數(shù)據(jù)流差錯(cuò)控制：處理傳輸差錯(cuò)，保證按序可靠接收數(shù)據(jù)幀基本功能2.361數(shù)據(jù)鏈路層封裝成幀封裝成幀是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部?？刂谱址鸖OH（StartOfHeader）放在一幀的最前面，表示幀的首部開(kāi)始?？刂谱址鸈OT（EndOfTransmission）表示幀的結(jié)束。2.362數(shù)據(jù)鏈路層透明傳輸“透明”可以理解為：無(wú)論發(fā)送什么樣比特組合的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都能夠按照原樣沒(méi)有差錯(cuò)地通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層。如何使數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的控制字符“SOH”和“EOT”在接收端不被解釋為作為幀起止的控制字符？2.363數(shù)據(jù)鏈路層透明傳輸SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過(guò)字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開(kāi)始符幀結(jié)束符SOH發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”這種方法稱為字節(jié)填充或字符填充。2.364數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCheck，CRC，多項(xiàng)式編碼）生成多項(xiàng)式G(x)：例如位串110001，表示成多項(xiàng)式x5+x4+1，需滿足以下三點(diǎn)要求：

1.發(fā)方、收方事前約定。

2.生成多項(xiàng)式的最高位和最低位必須為1。3.生成多項(xiàng)式必須比傳輸信息對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式短。2.365數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制k

位n

位除數(shù)Pn+1位原始數(shù)據(jù)00…0CRC余數(shù)Rn

位原始數(shù)據(jù)CRCk

位n

位除數(shù)Pn+1位原始數(shù)據(jù)CRC余數(shù)若余數(shù)=0，接收若余數(shù)≠0，丟棄發(fā)送方接收方CRC校驗(yàn)基本思想：CRC碼（即校驗(yàn)和）加在尾部，使帶CRC碼的幀的多項(xiàng)式能被G(x)除盡；收方接收時(shí)，用G(x)去除它，若有余數(shù)，則傳輸出錯(cuò)2.366數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制CRC碼計(jì)算方法第一步：設(shè)G(x)為r階，在幀的末尾加r個(gè)0，使幀成為m+r位，相應(yīng)多項(xiàng)式為xrM(x)。第二步：按模2除法用對(duì)應(yīng)于G(x)的位串除對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串。第三步：按模2減法從對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串中減去余數(shù)（等于或小于r位），得到要傳送的帶校驗(yàn)和的多項(xiàng)式T(x)。2.367數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制2.368剛才的例子中是否存在問(wèn)題？存在不存在在特定情況下存在ABC提交69單選題10分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制三種典型的應(yīng)答方式：正向應(yīng)答:只對(duì)正確的信息應(yīng)答。負(fù)向應(yīng)答:只對(duì)錯(cuò)誤的信息應(yīng)答。雙向應(yīng)答:既對(duì)正確的信息應(yīng)答，也對(duì)錯(cuò)誤的信息應(yīng)答。2.370物理層物理層位于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最底層。實(shí)現(xiàn)在物理媒體上透明地傳送原始比特流。實(shí)際的比特傳輸必須依賴于傳輸設(shè)備和物理媒體，但物理層設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是如何在傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的物理設(shè)備和傳輸介質(zhì)。注意：2.371無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.4無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)無(wú)人機(jī)集群是一種多架無(wú)人機(jī)能自主運(yùn)動(dòng)和完成任務(wù)，且有網(wǎng)絡(luò)保證和上層算法控制的一種系統(tǒng)。多架無(wú)人機(jī)之間的通信不完全依賴于地面控制站等通信基礎(chǔ)設(shè)施每個(gè)無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有收發(fā)信息和路由器的功能，能夠通過(guò)多跳的方式傳輸各無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)之間能夠相互發(fā)送指令信息，交換對(duì)周?chē)h(huán)境的感知態(tài)勢(shì)等數(shù)據(jù)無(wú)人機(jī)之間通過(guò)自組織的方式建立連接無(wú)人機(jī)集群無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想2.473無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)中小型無(wú)人機(jī)自身能量限制通信能力，因此，需要多跳通信，即借助其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)N1傳輸數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)N8，可以選擇不同的多跳路徑。如果節(jié)點(diǎn)N4離開(kāi)使廣播鏈路斷開(kāi)，可以切換到N1-N5-N6-N8，保證正常通信，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。2.474無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)人機(jī)間信息交互的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)采用四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，沒(méi)有傳輸層。無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)和動(dòng)態(tài)拓?fù)渥兓瘯?huì)引起鏈路質(zhì)量不穩(wěn)定，傳輸層出現(xiàn)丟包率和誤碼率增加的問(wèn)題。2.475網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對(duì)比各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次對(duì)比2.476無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)—物理層物理層物理層的設(shè)計(jì)目標(biāo)是以較低的能量消耗，克服無(wú)線媒介的傳輸損耗，獲得較大鏈路容量。關(guān)鍵技術(shù)包括調(diào)制解調(diào)、信道編碼、多天線、自適應(yīng)功率控制等。還要考慮無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)距離、節(jié)點(diǎn)密度以及實(shí)際通信鏈路變化問(wèn)題。2.477無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)—數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)之間鏈路建立和數(shù)據(jù)傳輸，用來(lái)協(xié)調(diào)多節(jié)點(diǎn)間如何共享無(wú)線資源，即控制通信節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線信道的接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享無(wú)線信道的訪問(wèn)控制。數(shù)據(jù)鏈路層該層包括邏輯鏈路層和介質(zhì)訪問(wèn)控制層（MAC層）兩個(gè)子層。2.478無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層功能是為通信節(jié)點(diǎn)間建立、保持和終止網(wǎng)絡(luò)連接，提供網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)、路由、網(wǎng)間互聯(lián)等網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要是指網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)所提供的數(shù)據(jù)交換功能。2.479無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層直接面向無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)的應(yīng)用，它會(huì)結(jié)合不同的作戰(zhàn)任務(wù)和功能需求，為無(wú)人機(jī)終端提供具有實(shí)際意義業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。每個(gè)應(yīng)用層協(xié)議都是為了解決某一類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題的通信規(guī)約。2.480知識(shí)點(diǎn)回顧數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路之上，建立相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路。通過(guò)差錯(cuò)控制，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。封裝成幀：將二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝（幀定界/幀同步）透明傳輸：可以傳輸任意組合的數(shù)據(jù)流差錯(cuò)控制：處理傳輸差錯(cuò)，保證按序可靠接收數(shù)據(jù)幀基本功能81知識(shí)點(diǎn)回顧差錯(cuò)控制k

位n

位除數(shù)Pn+1位原始數(shù)據(jù)00…0CRC余數(shù)Rn

位原始數(shù)據(jù)CRCk

位n

位除數(shù)Pn+1位原始數(shù)據(jù)CRC余數(shù)若余數(shù)=0，接收若余數(shù)≠0，丟棄發(fā)送方接收方CRC校驗(yàn)基本思想：CRC碼（即校驗(yàn)和）加在尾部，使帶CRC碼的幀的多項(xiàng)式能被G(x)除盡；收方接收時(shí)，用G(x)去除它，若有余數(shù)，則傳輸出錯(cuò)82無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制架構(gòu)2.5無(wú)人機(jī)集群的協(xié)同控制架構(gòu)（1）集中式控制架構(gòu)系統(tǒng)中存在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，由中心節(jié)點(diǎn)完成整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)指派、調(diào)度和協(xié)調(diào)，無(wú)人機(jī)僅充當(dāng)任務(wù)執(zhí)行者的角色。2.584集中式架構(gòu)集中式最顯著的特點(diǎn)是存在控制中心?？刂浦行目梢允堑孛婵刂浦行?、?；脚_(tái)或空中的預(yù)警機(jī)平臺(tái)，也可以是集群中功能更加完善的領(lǐng)航無(wú)人機(jī)。集群中的無(wú)人機(jī)個(gè)體接受單個(gè)或多個(gè)中心控制。無(wú)人機(jī)之間互相不通信，而直接和控制中心進(jìn)行聯(lián)系。2.585集中式架構(gòu)是當(dāng)前最直接、最成熟的集群架構(gòu)模式控制。控制中心的存在使得該架構(gòu)全局性強(qiáng)，協(xié)調(diào)效率比較高，適合系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單和集群整體行為要求較高的無(wú)人機(jī)集群。優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)正是由于控制中心的存在，導(dǎo)致魯棒性差、靈活性差和適應(yīng)性差。如果無(wú)人機(jī)與控制中心失去聯(lián)系，它將無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。隨著無(wú)人機(jī)數(shù)量的增加，控制中心的通信負(fù)荷、計(jì)算負(fù)荷增高，易出現(xiàn)通信擁塞和中心反應(yīng)遲滯的問(wèn)題。2.586無(wú)人機(jī)集群的協(xié)同控制架構(gòu)（2）分布式控制架構(gòu)系統(tǒng)中不存在控制中心，系統(tǒng)成員之間平等，它們采用自治協(xié)商的方式共同完成全局任務(wù)2.587分布式架構(gòu)分布式架構(gòu)分類(lèi)單層+單組適合數(shù)量少、同構(gòu)無(wú)人機(jī)分散式分層式單層+多組適合數(shù)量多、同構(gòu)無(wú)人機(jī)多層+多組適合異構(gòu)無(wú)人機(jī)多層+單組適合異構(gòu)無(wú)人機(jī)2.588分布式架構(gòu)每個(gè)無(wú)人機(jī)個(gè)體可以自主決策和控制。對(duì)于大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群系統(tǒng)而言，分布式控制將是唯一選擇。分布式有較好的魯棒性、可靠性、通信和決策實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)勢(shì)全局性考慮不足，難以得到全局最優(yōu)解。分布式方式任務(wù)完成效率較低，難以充分發(fā)揮集群優(yōu)勢(shì)。該架構(gòu)是一種朝著“完全自主”方向發(fā)展的構(gòu)型，對(duì)無(wú)人機(jī)間協(xié)同能力要求很高。劣勢(shì)2.589集散式架構(gòu)集群中有如空中預(yù)警機(jī)、地面控制中心、艦載指控中心等控制中心，組成協(xié)同決策核心；子群個(gè)體之間的協(xié)作和控制模式類(lèi)似于分布式控制。2.590集散式架構(gòu)優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)集散式任務(wù)規(guī)劃和執(zhí)行架構(gòu)結(jié)合了集中式與分布式兩者的特點(diǎn)及突出優(yōu)勢(shì)。既有全局優(yōu)勢(shì)，也有對(duì)計(jì)算負(fù)荷、通信負(fù)荷、集群魯棒性和生存力方面的考量。由于多控制中心和多無(wú)人機(jī)子群的存在，集散式架構(gòu)需要合適的協(xié)調(diào)機(jī)制。否則，集群任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行無(wú)從談起，甚至?xí)嗷_突。2.591基于圖論的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制方法2.6圖論的概念一個(gè)圖G可用(V,E,φ)三元組來(lái)表示V:頂點(diǎn)集（Vertex-set）E

:

邊集（Edge-set）φ

:關(guān)聯(lián)函數(shù)，刻畫(huà)了頂點(diǎn)和邊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖有向圖當(dāng)一個(gè)圖G的邊集是由不同節(jié)點(diǎn)組成的有序?qū)?gòu)成時(shí)，該圖就稱為有向圖。有向圖2.593圖論的概念將無(wú)人機(jī)集群的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)抽象為圖鏈路節(jié)點(diǎn)頂點(diǎn)邊2.594圖論的概念若任意兩個(gè)頂點(diǎn)都能通過(guò)邊連通，則為連通圖。若任何兩點(diǎn)間至少有k條不同路的圖稱為k-連通圖。連通圖無(wú)向連通圖路、度從圖中一點(diǎn)v到另一點(diǎn)u所經(jīng)過(guò)的路徑稱為路。與點(diǎn)v相連的邊的條數(shù)稱為點(diǎn)v的度，記做d(v)

。2.595圖論的概念對(duì)于節(jié)點(diǎn)v，與其有邊的所有節(jié)點(diǎn)稱為v的鄰居節(jié)點(diǎn)。如果某節(jié)點(diǎn)與圖中任何節(jié)點(diǎn)沒(méi)有邊，則該節(jié)點(diǎn)為孤立節(jié)點(diǎn)。鄰居節(jié)點(diǎn)、孤立節(jié)點(diǎn)全連通圖、正則圖任何兩點(diǎn)間都有邊的圖，稱為全連通圖。所有點(diǎn)的度數(shù)都相等的連通圖，稱為正則圖。有孤立節(jié)點(diǎn)的無(wú)向圖全連通圖2.596圖論的概念樹(shù)、生成樹(shù)鄰接矩陣如果一個(gè)圖的任何子圖都不構(gòu)成圈，則稱此圖為無(wú)圈圖。

連通無(wú)圈圖稱為樹(shù)。如果連通圖G的一個(gè)子圖是一棵包含G的所有頂點(diǎn)的樹(shù)，則該子圖稱為G的生成樹(shù)。采用二維數(shù)組，行、列的數(shù)目為圖中節(jié)點(diǎn)數(shù)目，第i行、j列的值為2.597基于圖論的多機(jī)鏈路連通性分析鄰接矩陣是指n×n階矩陣A=(aij)，aij表示有向圖D中以vi為起點(diǎn)且以vj為終點(diǎn)的有向邊的數(shù)目。鄰接矩陣2.598基于圖論的多無(wú)人機(jī)鏈路連通性網(wǎng)絡(luò)的k連通網(wǎng)絡(luò)的k連通：具有N個(gè)點(diǎn)的圖G中，去掉任意（k－1）個(gè)頂點(diǎn)后（1≤k≤N）所得的子圖仍然連通，去掉某k個(gè)頂點(diǎn)后不連通，則稱G是k連通圖，k稱作圖G的連通度，記作k(G)。節(jié)點(diǎn)度：與某節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊的條數(shù)，又稱關(guān)聯(lián)度，表示為deg(u)。衡量網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的重要程度。圖G連通度為k，則圖中任意節(jié)點(diǎn)度均大于等于k。2.599右圖的連通度是多少？234ABC提交5D單選題10分控制關(guān)系樹(shù)的生成和重構(gòu)樹(shù)是表示分層結(jié)構(gòu)的較好的選擇，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)控制關(guān)系樹(shù)來(lái)描述無(wú)人機(jī)之間的控制關(guān)系。樹(shù)的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)雙鏈表方式表示?？刂脐P(guān)系樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)2.5101控制關(guān)系樹(shù)的生成和重構(gòu)控制關(guān)系樹(shù)重構(gòu)2.5102本章小結(jié)2.7本章小結(jié)分層設(shè)計(jì)、常用術(shù)語(yǔ)、各層功能、無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)三類(lèi)無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制架構(gòu)：集中式、分布式、集散式無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制架構(gòu)圖論、多機(jī)鏈路連通信分析、無(wú)人機(jī)集群控制樹(shù)的生成與重構(gòu)基于圖論的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制方法與協(xié)同控制架構(gòu)無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.7104謝謝！國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流本科課程《無(wú)人機(jī)集群技術(shù)》第三章

無(wú)人機(jī)集群通信物理層技術(shù)目錄3.1通信系統(tǒng)組成模型3.2通信的基本方式和復(fù)用方式3.3信息及其度量3.4數(shù)字調(diào)制3.5信道編碼3.6無(wú)線鏈路預(yù)算3.7本章小結(jié)通信系統(tǒng)組成模型3.13.1什么是通信109通信系統(tǒng)的一般模型

通信是指將信息從一地傳輸?shù)搅硪坏?，即完成信息傳輸。信息作為一種資源，只有通過(guò)廣泛地傳播、交流與共享，才能產(chǎn)生利用價(jià)值。

而通信作為傳輸信息的手段，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和微電子等技術(shù)，正向著智能化、高速化、寬帶化、移動(dòng)與個(gè)人化等方向飛速發(fā)展。通信的定義3.1110通信系統(tǒng)的一般模型1.消息：信息的一種外在表現(xiàn)形式。如包含有信息的語(yǔ)言、文字和圖像等。同一信息可以用不同的消息來(lái)載荷，如某一事件，可以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，也可以用文字來(lái)描述。2.信息：對(duì)接收者來(lái)說(shuō)事先不確定的事件。接收者在收到信息之前，對(duì)它的內(nèi)容是不知道的，所以信息是新知識(shí)、新內(nèi)容；信息的獲得能使某一事件的不確定性減少；信息是可以量度的。3.信號(hào)：表示消息的物理量。電信號(hào)，光信號(hào)。單從傳輸?shù)慕嵌?，三者是等價(jià)的。

消息、信息和信號(hào)3.1111通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源3.1112通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源產(chǎn)生需傳輸?shù)南?.1113通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源發(fā)送設(shè)備：加工信號(hào)將消息轉(zhuǎn)換為合適在信道傳輸?shù)男盘?hào)3.1114通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源信道：傳輸媒介(有線信道&無(wú)線信道3.1115通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源接收設(shè)備：減小噪聲及干擾的影響，把信號(hào)轉(zhuǎn)換為信宿能接收的信號(hào)3.1116通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源消息傳輸?shù)哪康牡?.1117通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)一般模型信源信道信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源通常用等效噪聲源來(lái)表示3.1118信號(hào)的特點(diǎn)及分析域頻域：大多數(shù)的信息信號(hào)是低通型的帶限信號(hào)，頻譜集中在低頻段，稱為基帶信號(hào)或低通型信號(hào)。

電話300～3400Hz；電視0～6MHz；調(diào)幅廣播300KHz～3MHz時(shí)域：

模擬基帶信號(hào)

信號(hào)的某一個(gè)參量可以取無(wú)限多個(gè)值，且與消息直接對(duì)應(yīng)。

數(shù)字基帶信號(hào)

信號(hào)的某一個(gè)參量只能取有限個(gè)值，且通常不直接與消息對(duì)應(yīng)。。3.1119模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)載荷信息的信號(hào)參量取值是連續(xù)（不可數(shù)、無(wú)窮多）的，并且直接與消息對(duì)應(yīng)。模擬信號(hào)有時(shí)也稱連續(xù)信號(hào)，這里連續(xù)的含義是指信號(hào)載荷的消息的參量連續(xù)變化，在某一取值范圍內(nèi)可以取無(wú)窮多個(gè)值，而不一定在時(shí)間上也連續(xù)。模擬信號(hào)3.1120模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)載荷信息的信號(hào)參量為有限個(gè)取值，并且常常不直接或者不準(zhǔn)確地與消息對(duì)應(yīng)，如計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)。最典型的數(shù)字信號(hào)是只有兩種取值的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)3.1121數(shù)字通信系統(tǒng)模型以數(shù)字信號(hào)作為載體傳送信息的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)信

源信道聲噪信源編碼信道編碼調(diào)制器解調(diào)器信道譯碼信源譯碼信宿同步系統(tǒng)加密解密交織解交織ASKFSKPSKDPSK3.1122信源編碼與信道編碼

信源編（譯）碼

a）變換信源信號(hào)的表達(dá)方式，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)，使其便于傳輸。

b）壓縮信源信號(hào)的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。

A/D轉(zhuǎn)換、波形變換、參數(shù)編碼等

信道編（譯）碼通過(guò)有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一定的糾檢錯(cuò)能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。

分組碼、卷積碼、級(jí)聯(lián)碼等3.1123數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

抗干擾能力強(qiáng)，特別是在中繼傳輸時(shí)更為明顯?？梢赃M(jìn)行差錯(cuò)控制，因而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

便于使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)和變換從而提高信息傳輸?shù)撵`活性。

便于加密，實(shí)現(xiàn)保密信息傳輸。

易于和其他系統(tǒng)配合使用，構(gòu)成一個(gè)靈活，通用，多功能的綜合業(yè)務(wù)信息傳輸網(wǎng)。3.1124通信的基本方式和復(fù)用方式3.2通信的基本方式1.單工通信：?jiǎn)喂ねㄐ攀侵赶⒅荒軉畏较騻鬏數(shù)墓ぷ鞣绞?，通信雙方中只有一個(gè)可以進(jìn)行發(fā)送，另一個(gè)只能接收，如廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)線尋呼等。對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信。2.半雙工通信：半雙工通信是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。例如，使用同一載頻的普通對(duì)講機(jī)，問(wèn)詢及檢索等。3.全雙工通信：全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)收發(fā)消息的工作方式。一般來(lái)說(shuō)全雙工通信的信道必須是雙向信道，利用頻分雙工、時(shí)分雙工等技術(shù)進(jìn)行雙向同時(shí)通信。電話是全雙工通信一個(gè)常見(jiàn)的例子。3.2126通信的基本方式3.2127通信的基本方式FDD：頻分雙工TDD：時(shí)分雙工3.2128常用的復(fù)用方式復(fù)用指多路信號(hào)利用同一個(gè)信道同時(shí)進(jìn)行獨(dú)立傳輸，是通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。其目的是為了充分利用信道的資源，提高信道的利用率。目前傳輸多路信號(hào)基本復(fù)用方式有：

頻分復(fù)用（Frequency-divisionmultiplexing,FDM）

時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing,TDM）

碼分復(fù)用（CodeDivisionMultiplexing,CDM）

空分復(fù)用（SpaceDivisionMultiplexing,SDM）3.2129常用的復(fù)用方式2.時(shí)分復(fù)用以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過(guò)脈沖調(diào)制的方法分配互不重疊的時(shí)間片段（時(shí)隙）的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。如今時(shí)分復(fù)用比頻分復(fù)用的應(yīng)用更為廣泛。1.頻分復(fù)用按頻率來(lái)劃分信道的復(fù)用方式，用頻譜搬移的方法使多路信號(hào)占據(jù)不同的頻帶進(jìn)行信號(hào)傳輸，每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。4.空分復(fù)用利用空間分割來(lái)實(shí)現(xiàn)多路通信的一種復(fù)用方式，其利用陣列天線形成不同波束實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用。3.碼分復(fù)用用正交的編碼分別攜帶不同信號(hào)的復(fù)用方式，各碼型間彼此不會(huì)造成干擾。3.2130頻分多路復(fù)用（FDM）通過(guò)分配多個(gè)子信道來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用（調(diào)制實(shí)現(xiàn)頻譜搬移）3.2131時(shí)分多路復(fù)用（TDM）通過(guò)分配互不重疊的時(shí)隙來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。3.2132碼分多路復(fù)用（CDM）通過(guò)不同碼字來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式。FrequencyCDMPowerTime碼1碼2碼3碼43.2133空分多路復(fù)用（SDM）利用陣列天線，形成不同波束來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。3.2134多種多路復(fù)用方式聯(lián)合使用頻域(FDM)EnergyTimeFDMFrequencyCDMTDM業(yè)務(wù)分配到干擾最小的時(shí)隙時(shí)域(TDM)空域(SDM)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)的分配到干擾最小的頻率上自適應(yīng)智能天線技術(shù)選擇最佳解耦方向碼域(CDM)動(dòng)態(tài)分配不同的碼字3.2135信息及其度量3.3信息量信息量的定義

假設(shè)信源是由q個(gè)離散符號(hào)S1，S2，···，Si，···，Sq所組成的符號(hào)集合，集合中的每個(gè)符號(hào)是獨(dú)立的，其中任一符號(hào)Si對(duì)應(yīng)出現(xiàn)的概率為P(Si)，并且0≤P(Si)≤1，ΣP(Si)=1。那么，符號(hào)Si含有的信息量記為I(Si)，則：

上述的對(duì)數(shù)底為2，則信息量I(Si)的單位為比特（bit）

二元制等概信源。此時(shí)信源符號(hào)僅有“0”和“1”，并且對(duì)應(yīng)的概率均為0.5，根據(jù)信息量的定義：3.3137信息量信源的熵一般來(lái)說(shuō)，信源里各符號(hào)出現(xiàn)的概率并不相等，那么各符號(hào)所含信息量各不相同。如果先后相繼發(fā)出的符號(hào)互不相關(guān)，即統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，其信源符號(hào)平均信息量記為H(S)稱為該信源的熵。3.3138信息量信源的熵H(S)稱為該信源的熵。熵有如下性質(zhì)：（1）熵的物理概念是信源每個(gè)符號(hào)的平均信息量，單位是比特/符號(hào)。（2）熵是非負(fù)的，最小為零。（3）當(dāng)信源符號(hào)等概時(shí)，熵有最大值，記為。式中，q為信源符號(hào)個(gè)數(shù)。（4）只要信源各符號(hào)不等概，則H(S)<Hmax(S)。信源冗余：3.3139信息量信息速率信源發(fā)出的信息是以信號(hào)的形式通過(guò)信道進(jìn)行傳送的，單位時(shí)間通過(guò)信道的平均信息量稱為信息速率，記為：式中，TB是每個(gè)符號(hào)持續(xù)的時(shí)間。當(dāng)信源的熵取最大值時(shí)，信息速率也達(dá)到最大，即：式中Rb,max也稱為信道容量，它是信道最大無(wú)誤信息速率。3.3140香農(nóng)公式香農(nóng)公式1.

假設(shè)信道的帶寬為B(Hz)，信道輸出的信號(hào)功率為S(W)及輸出加性帶限高斯白噪聲功率為N(W)，則信道的信道容量為上式是信息論中著名的香農(nóng)（Shannon）公式。2.香農(nóng)公式的另一形式：若噪聲單邊功率譜密度為n0，噪聲功率N=n0B

，則3.3141香農(nóng)公式a)增大信號(hào)功率S可以增加信道容量C。若信號(hào)功率S趨于無(wú)窮大時(shí)，則信道容量C也趨于無(wú)窮大b)減小噪聲功率譜密度n0

也可以增加信道容量C。若n0趨于零，則C趨于無(wú)窮大（1）在給定B、S/N的情況下，信道的極限傳輸能力為C，而且此時(shí)能夠做到無(wú)差錯(cuò)傳輸（即差錯(cuò)率為零）。（2）提高信道容量的方法:3.3142香農(nóng)公式當(dāng)信道帶寬B趨于無(wú)窮大時(shí)，信道容量C的極限值為c)

增大信道帶寬B可以增加信道容量C，但不能使信道容量C無(wú)限制地增大。 3.3143S/N與Eb/n0之間的關(guān)系

設(shè)噪聲為高斯白噪聲，單邊功率譜密度為n0，帶通濾波器的等效矩形帶寬為B，則信噪比為：

式中，S為信號(hào)平均功率，T為碼元時(shí)間寬度。3.3144數(shù)字調(diào)制3.4基本的數(shù)字調(diào)制方式3種基本形式的數(shù)字調(diào)制：振幅鍵控、頻率鍵控和相位鍵控。數(shù)字調(diào)制的調(diào)制信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào)，相應(yīng)的數(shù)字已調(diào)信號(hào)的被調(diào)參數(shù)取離散的有限個(gè)值，因此數(shù)字調(diào)制產(chǎn)生的波形種類(lèi)有限；數(shù)字信號(hào)接收的任務(wù)就是要識(shí)別那種數(shù)字波形是否存在，因此抽樣判決器對(duì)數(shù)字信號(hào)的接收是必不可少的；在對(duì)調(diào)制性能研究中，數(shù)字調(diào)制討論誤碼率；數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻和數(shù)字調(diào)相，分別稱為振幅鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）和相位鍵控（PSK），它們是最基本的數(shù)字調(diào)制方式。3.4146基本的數(shù)字調(diào)制方式—ASK振幅鍵控是用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波信號(hào)的振幅，這是一種最古老的調(diào)制方式。振幅鍵控（ASK）幅度調(diào)制（ASK）3.4147ASK有兩種實(shí)現(xiàn)方法：模擬調(diào)制法和鍵控法。振幅鍵控（ASK）ASK信號(hào)調(diào)制器原理圖基本的數(shù)字調(diào)制方式—ASK3.4148FSK信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法，直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。頻率鍵控（FSK）頻率鍵控法原理圖基本的數(shù)字調(diào)制方式—FSK3.4149相位鍵控分成絕對(duì)移相CPSK和相對(duì)移相DPSK兩種。在二進(jìn)制CPSK中，我們規(guī)定數(shù)字基帶信號(hào)為“0”碼時(shí)，已調(diào)信號(hào)相對(duì)于載波的相位為π；數(shù)字基帶信號(hào)為“1”碼時(shí)，已調(diào)信號(hào)相對(duì)于載波相位為同相。按此規(guī)定，2CPSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式為：CPSK波形相位是相對(duì)于載波相位而言的。因此畫(huà)CPSK波形時(shí)，必須先把載波畫(huà)好，然后根據(jù)相位的規(guī)定，才能畫(huà)出它的波形。相位鍵控（PSK）基本的數(shù)字調(diào)制方式—PSK3.4150基本的數(shù)字調(diào)制方式2CPSK信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)。因此，它可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的調(diào)幅信號(hào)。2CPSK產(chǎn)生2PSK信號(hào)調(diào)制原理框圖3.4151基本的數(shù)字調(diào)制方式相對(duì)移相記為DPSK，它是利用前后碼之間載波相位的變化表示數(shù)字基帶信號(hào)的。所謂相位變化又有兩種定義方法，這就是向量差和相位差。相位鍵控（PSK）相位模糊絕對(duì)移相波形規(guī)律比較簡(jiǎn)單。而相對(duì)形相波形規(guī)律比較復(fù)雜，那么為什么還要提出相對(duì)移相的概念呢？絕對(duì)移相在解調(diào)時(shí)，必須要先恢復(fù)載波，才能恢復(fù)基帶信號(hào)。由于接收端恢復(fù)載波常常要采用二分頻電路，存在相位模糊，這樣就給絕對(duì)移相信號(hào)的解調(diào)帶來(lái)困難。而相對(duì)移相與載波相位無(wú)直接關(guān)系，因此在實(shí)際設(shè)備中，相對(duì)移相得到了廣泛運(yùn)用。3.4152信道編碼3.5信道編碼類(lèi)型按照不同角度，可分為不同類(lèi)型：按照差錯(cuò)控制編碼的用途不同可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼。按照監(jiān)督碼元和信息碼元之間的關(guān)系可分為線性碼和非線性碼。按照對(duì)信息元處理方式的不同可分為分組碼和卷積碼。按照碼組中信息碼元編碼前后是否相同可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼。3.5154

前向糾錯(cuò)（ForwardErrorCorrection,FEC）：發(fā)端發(fā)送糾錯(cuò)碼，接收端的譯碼器能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。

檢錯(cuò)重發(fā)（AutomaticRepeatRequest,ARQ）：發(fā)端發(fā)出檢錯(cuò)碼，通過(guò)前向信道送往接收端，收端的譯碼器判決后將判決信號(hào)由反向信道送回發(fā)端，發(fā)端重發(fā)有錯(cuò)的消息，直至正確接受為止。

混合糾錯(cuò)（HybridErrorCorrection,HEC）：當(dāng)收端收到少量錯(cuò)碼時(shí)，在收端直接糾正，即采用前向糾錯(cuò)；當(dāng)錯(cuò)碼太多，則采用檢錯(cuò)重發(fā)。

信息反饋（InformationFeedback,IF）：收端將接收消息原封不動(dòng)地送回發(fā)端，由發(fā)端將反饋信息和原發(fā)送信息進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行重發(fā)。差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制分類(lèi)3.5155信道編碼中的術(shù)語(yǔ)—編碼效率1.碼長(zhǎng)碼組（又稱碼字或碼矢）中編碼的總位數(shù)稱為碼組的長(zhǎng)度，簡(jiǎn)稱碼長(zhǎng)。如“1101”碼長(zhǎng)為4，“10110”碼長(zhǎng)為5。2.碼重

碼組中“1”碼元數(shù)目稱為碼組的重量，簡(jiǎn)稱碼重。如“11010”碼重為3。3.編碼效率分組碼一般可用符號(hào)（n，k）表示，其中k是碼組中信息碼元的數(shù)目，n是碼組的長(zhǎng)度，則監(jiān)督碼元的數(shù)目r為（n-k）。那么編碼效率R可表示為3.51564.碼距兩個(gè)等長(zhǎng)碼組之間對(duì)應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱為碼組的距離，簡(jiǎn)稱碼距，又稱漢明距離。如“11010”和“10110”有兩個(gè)對(duì)應(yīng)位不同，故碼距為2。

最小碼距與糾/檢錯(cuò)能力有著密切關(guān)系，它們之間的關(guān)系可歸納如下：（1）檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距（2）糾正t個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距（3）糾正t個(gè)錯(cuò)碼，同時(shí)檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距信道編碼中的術(shù)語(yǔ)—最小碼距3.5157卷積碼屬于非分組碼、多碼段相關(guān)、糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的前向糾錯(cuò)碼。

我們將卷積碼記作(n,k,N)。碼率則仍定義為k/n。卷積碼在編碼時(shí)雖然也是把k個(gè)比特的信息段編成n個(gè)比特的碼組，但是監(jiān)督碼元不僅和當(dāng)前的k比特信息段有關(guān)，而且還同前面m=(N–1)個(gè)信息段有關(guān)。并將N稱為編碼約束長(zhǎng)度。11.2常用的簡(jiǎn)單編碼卷積碼3.5158（2，1，3）的卷積碼編碼器的結(jié)構(gòu)（2，1，3）卷積碼編碼器包含三級(jí)移位寄存器，其中第3級(jí)為當(dāng)前輸入，第1、2級(jí)表示當(dāng)前狀態(tài)，表示狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)，先輸入的比特在前，后輸入的比特在后。11.2常用的簡(jiǎn)單編碼卷積碼編碼器結(jié)構(gòu)3.5159卷積碼的狀態(tài)可用網(wǎng)格圖表示：11.2常用的簡(jiǎn)單編碼卷積碼的狀態(tài)表示3.5160作為概率譯碼的一種，維特比(Viterbi)譯碼算法被廣泛采用?；谧畲笏迫恍蛄泄烙?jì)的維特比譯碼過(guò)程是基于網(wǎng)格圖的。11.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼算法3.5161假設(shè)編碼器的輸入序列為：100100011…，則編碼器的輸出序列為：111011111011001101…接收序列為誤碼序列為Y=110011110011001101…。11.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼過(guò)程3.5162假設(shè)編碼器的輸入序列為：100100011…，則編碼器的輸出序列為：111011111011001101…接收序列為誤碼序列為Y=110011110011001101…。11.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼過(guò)程3.516311.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼過(guò)程3.5假設(shè)編碼器的輸入序列為：100100011…，則編碼器的輸出序列為：111011111011001101…接收序列為誤碼序列為Y=110011110011001101…。16411.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼過(guò)程3.5假設(shè)編碼器的輸入序列為：100100011…，則編碼器的輸出序列為：111011111011001101…接收序列為誤碼序列為Y=110011110011001101…。16511.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼過(guò)程3.5假設(shè)編碼器的輸入序列為：100100011…，則編碼器的輸出序列為：111011111011001101…接收序列為誤碼序列為Y=110011110011001101…。16611.2常用的簡(jiǎn)單編碼維特比譯碼過(guò)程3.5假設(shè)編碼器的輸入序列為：100100011…，則編碼器的輸出序列為：111011111011001101…接收序列為誤碼序列為Y=110011110011001101…。167Turbo碼Turbo碼又稱并行級(jí)連卷積碼（PCCC）。它是前人工作的巧妙綜合與發(fā)展，其基本思想就在于利用短碼的并聯(lián)來(lái)構(gòu)造長(zhǎng)碼，譯碼時(shí)再轉(zhuǎn)化為短碼來(lái)譯碼，并利用了循環(huán)迭代的思想。Turbo碼譯碼性能可以接近香農(nóng)公式極限。利用兩個(gè)碼率為1/2的卷積碼并聯(lián)的Turbo碼在AWGN信道上的誤比特率（BER）可以達(dá)到10-5，達(dá)到了近Shannon限的性能。由于Turbo碼的上述優(yōu)異性能并不是從理論研究的角度給出的，而僅是計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果。因此，Turbo碼的理論基礎(chǔ)還不完善。3.5168它由2個(gè)成員碼編碼器、1個(gè)交織器和1個(gè)刪余復(fù)接器組成。Turbo碼Turbo碼編碼器Turbo碼編碼器3.5169譯碼器1完成對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的譯碼并經(jīng)過(guò)交織后，由譯碼器2進(jìn)行譯碼，經(jīng)過(guò)解交織，由譯碼器1完成再譯碼，如此反復(fù)迭代，直至正確譯碼或不能再糾正錯(cuò)誤為止。Turbo碼Turbo碼譯碼器Turbo碼譯碼器3.5170使用Turbo碼存在一定的誤差底限。對(duì)于固定交織長(zhǎng)度的Turbo碼，其誤差底限可根據(jù)不同的交織規(guī)則在10-4到10-9之間變化。存在這種誤差底限的主要原因是由于Turbo碼的設(shè)計(jì)并不是絕對(duì)的長(zhǎng)隨機(jī)碼。對(duì)于中等交織長(zhǎng)度的情況，交織后的序列與交織前的序列相關(guān)性越小，則Turbo碼越接近隨機(jī)碼，對(duì)應(yīng)的誤差底限就越低。Turbo碼Turbo碼誤差底限3.5171無(wú)線鏈路預(yù)算3.6鏈路預(yù)算舉例3.6假設(shè)某型通信系統(tǒng)：采用時(shí)分體制，預(yù)留保護(hù)時(shí)隙，同時(shí)考慮時(shí)間同步開(kāi)銷(xiāo)，實(shí)際信道傳輸速率為18.4Mbps。無(wú)線鏈路采用Turbo編碼，QPSK調(diào)制，OFDM傳輸體制，考慮解調(diào)損失及信道編碼增益，下行接收機(jī)Eb/n0取7dB。收/發(fā)信機(jī)噪聲系數(shù)為4.3dB，則接收機(jī)噪聲譜密度為-169.7dBm/Hz。173獲取信噪比3.6無(wú)線鏈路采用turbo編碼，QPSK調(diào)制，OFDM傳輸體制，考慮解調(diào)損失及信道編碼增益，下行接收機(jī)Eb/n0取7dB。174接收機(jī)靈敏度3.6收/發(fā)信機(jī)噪聲系數(shù)為4.3dB，則接收機(jī)噪聲譜密度為-169.7dBm/Hz。無(wú)線接收機(jī)噪聲功率的計(jì)算方法為：-174dBm/Hz+10log10(B)+NF。其中。-174dBm/Hz為常溫下的熱噪聲功率譜密度，B為接收機(jī)帶寬，NF為噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)用于衡量射頻電路中信噪比的惡化程度，噪聲系數(shù)用輸入端的信噪比SNR和輸出端SNR的比值表示（通常為dB形式）。175接收機(jī)靈敏度3.6兩邊取對(duì)數(shù)，則有：接收機(jī)靈敏度取-90dBm。

Eb/n0中Eb的單位是焦耳/比特，定義是接收端的平均比特能量；n0的單位是瓦特/赫茲，在接收端定義的平均功率譜密度。176天線增益/發(fā)射功率3.6節(jié)點(diǎn)采用全向天線，天線增益大于等于0dBm。發(fā)射功率為20W，即43dBm。177路徑損耗3.6自由空間是相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)為1，電導(dǎo)率等于0的均勻介質(zhì)空間。在自由空間傳播的電磁波，不產(chǎn)生反射、折射、吸收、散射及熱損耗。假設(shè)系統(tǒng)工作在L波段，1525MHz。則由上式可計(jì)算出20Km的作用距離下，自由空間損耗為122dB。178電平儲(chǔ)備計(jì)算3.6參數(shù)名參數(shù)值傳輸距離（Km）20中心頻率（MHz）L波段（1525）發(fā)射功率（dBm）43發(fā)射天線增益（dB）0發(fā)端損耗（dB）-1自由空間損耗（dB）-122接收天線增益（dB）0收端總損耗（dB）-1接收信號(hào)電平（dBm）-81接收機(jī)靈敏度（dBm）-90傳輸誤碼率10-5電平儲(chǔ)備（dB）9179本章小結(jié)3.7本章小結(jié)通信系統(tǒng)的模型數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)通信方式與復(fù)用方式自信息量、平均信息量及香農(nóng)公式數(shù)字調(diào)制的基本方式信道編碼無(wú)線鏈路預(yù)算3.7181謝謝！第四章

無(wú)人機(jī)集群信道接入技術(shù)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流本科課程《無(wú)人機(jī)集群技術(shù)》目錄4.1無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議概述4.2競(jìng)爭(zhēng)類(lèi)MAC協(xié)議4.3分配類(lèi)MAC協(xié)議4.4混合類(lèi)MAC協(xié)議4.5本章小結(jié)4.1無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議概述4.1無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)MAC的協(xié)議無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議是指通過(guò)一組規(guī)則和過(guò)程將有限的共享資源分配給多個(gè)無(wú)人機(jī)，使得在眾多無(wú)人機(jī)之間公平、有序、有效地共享有限的帶寬資源。無(wú)人機(jī)集群MAC協(xié)議MAC協(xié)議在簡(jiǎn)化協(xié)議棧中的位置1864.1MAC協(xié)議的功能只考慮數(shù)據(jù)鏈路層

設(shè)計(jì)MAC（MediumAccessControl）協(xié)議的目的：——解決相鄰節(jié)點(diǎn)間(點(diǎn)到點(diǎn))的信道接入問(wèn)題。鏈路：從一個(gè)無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)到相鄰無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)之間的一條無(wú)線物理線路。（物理鏈路）數(shù)據(jù)鏈路：在無(wú)線鏈路上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，還有必須的通信協(xié)議來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的軟硬件加到鏈路上，就構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路。

（邏輯鏈路）187

封裝成幀

(framing)封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首、尾部，構(gòu)成了一個(gè)幀。MAC協(xié)議有許多種，但是MAC幀的結(jié)構(gòu)是基本一致的，MAC幀實(shí)現(xiàn)的三個(gè)基本功能也是共同的。同步通信與異步通信的幀同步方式封裝成幀4.1188

幀同步方法一：字符計(jì)數(shù)法

在幀頭中用一個(gè)域來(lái)表示整個(gè)幀的字符個(gè)數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，幀同步開(kāi)銷(xiāo)小，線路利用率高。

缺點(diǎn)：若計(jì)數(shù)出錯(cuò)，對(duì)本幀和后面的幀有影響。555343224521355幀同步有兩類(lèi)：一種是面向字符的，另一種是面向比特的。封裝成幀4.1189幀同步方法二：帶字符填充的首尾字符定界法幀內(nèi)容：n個(gè)字節(jié)字符串（ASCII碼/非ASCII碼）首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報(bào)/分組幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)幀開(kāi)始封裝成幀4.1190幀同步方法三：帶位填充的首尾標(biāo)記定界法封裝成幀1.幀的起始和結(jié)束都用一個(gè)特殊的位串“01111110”，稱為標(biāo)記（flag）。2.“0”比特插入刪除技術(shù)，在傳送的數(shù)據(jù)信息中每遇到5個(gè)連續(xù)的1在其后加0。例如：01101111110111111001在實(shí)際傳送時(shí)表示為：

01111110

011011111010111110001011111104.1191MAC協(xié)議的幀格式幀：在MAC層，幀是一個(gè)基本的數(shù)據(jù)處理單元。

MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開(kāi)始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入IP層目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)MAC幀4.1192MAC協(xié)議的幀格式

MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)目的地址和源地址字段各有6字節(jié)幀：在MAC層，幀是一個(gè)基本的數(shù)據(jù)處理單元。4.1193MAC協(xié)議的幀格式

MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)類(lèi)型字段2字節(jié)類(lèi)型字段用來(lái)標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個(gè)協(xié)議。幀：在MAC層，幀是一個(gè)基本的數(shù)據(jù)處理單元。4.1194MAC協(xié)議的幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)字段46~1500字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱是MAC客戶數(shù)據(jù)字段。最小長(zhǎng)度64字節(jié)-18字節(jié)的首部和尾部=數(shù)據(jù)字段的最小長(zhǎng)度若小于（46字節(jié)），則需采用字節(jié)填充。幀：在MAC層，幀是一個(gè)基本的數(shù)據(jù)處理單元。4.1195MAC協(xié)議的幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)FCS字段4字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1x10-8

時(shí)，MAC子層可使差錯(cuò)小于1x10-14。幀：在MAC層，幀是一個(gè)基本的數(shù)據(jù)處理單元。4.1196MAC協(xié)議的幀格式MAC幀物理層MAC層幀開(kāi)始定界符1010101010101010101010101010101011前同步碼7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入IP層目的地址源地址類(lèi)型數(shù)