隨著無人機技術、通信技術和網絡技術的發(fā)展，無人機運用也越來越廣泛，其運用領域已經覆蓋工業(yè)、農業(yè)、遙測、巡檢、應急、消防、軍事等眾多軍民領域。在軍用領域，空中無人化作戰(zhàn)平臺成為未來重要的作戰(zhàn)力量，多無人機協(xié)同作戰(zhàn)將成為未來無人機作戰(zhàn)應用的必然趨勢，將在戰(zhàn)爭中起著越來越重要的作用。以Ad hoc為技術基礎的分布式無中心的IP網絡是多無人機協(xié)同作戰(zhàn)的通信基礎，可以支撐各種信息的快速交互共享，實現(xiàn)協(xié)同感知、協(xié)同處理、協(xié)同決策和協(xié)同打擊，從而大提高無人機的生存能力和整體作戰(zhàn)效能。

無人機通信組網的發(fā)展趨勢將是以Ad hoc技術為基本網絡架構。美國國防部早在2005年發(fā)布的《無人飛行器發(fā)展路線圖》中已經專門闡述了這一發(fā)展趨勢，在后面的幾版中也重復強調了這一發(fā)展趨勢。美軍之所以如此重視，是因為Ad hoc技術的應用可以使得多架無人機快速形成一個分布式、無中心的多跳路由中繼的自組織網絡，具有自組織、自恢復、高抗毀的能力，大大擴展無人機群的探測范圍，有效提高無人機群協(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。美軍在該領域的應用研究可以說已經領跑多年，TTNT和其簡化演進版QNT是以Ad hoc技術和IP架構為基礎的戰(zhàn)術數(shù)據鏈，在組網規(guī)模、傳輸速率、傳輸時延、網絡擴展性、抗干擾等方面的技戰(zhàn)術性能優(yōu)越，形成了強大的作戰(zhàn)協(xié)同能力，大大擴展了作戰(zhàn)樣式。相關資料顯示，這兩型數(shù)據鏈在無人機協(xié)同、空地協(xié)同、機彈協(xié)同、彈彈協(xié)同、X47B著艦、無人機空中加油等方面得到應用。

這里將Ad hoc技術稱為自組網技術，以自組網技術為基礎的多無人機通信網絡稱為無人機自組網。經過國內廣大科研工作者近20多年研究和實踐，投入實用的無人機自組網應用系統(tǒng)還不是很多，其原因有如下幾點：一是網絡高動態(tài)分布式特性。網絡拓撲會不斷發(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)點的遲入網和動態(tài)退出的條件下動態(tài)分配無線信道資源。三是數(shù)據傳輸QoS保障。在多跳自組網中進行MAC協(xié)議和路由協(xié)議的優(yōu)化設計過程中，如何保證各種業(yè)務對傳輸時延、傳輸速率、傳輸誤包率的不同要求，多參量多目標優(yōu)化條件下的信道資源的動態(tài)分配和傳輸路由優(yōu)化選擇是一個較為困難的事。四是作戰(zhàn)應用電磁環(huán)境的復雜性。尤其是在有故意干擾的電子對抗環(huán)境中，通信鏈路質量的下降給無人機自組網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)據鏈路層的MAC協(xié)議要能夠應對電磁干擾，通信波形要一般采用擴頻（跳頻、直擴）或智能選頻等抗干擾技術，以及強大的糾錯編碼能力來保證通信鏈路質量。物理層通信波形要能夠對電磁環(huán)境進行認知，MAC協(xié)議要能夠對信道資源進行認知，路由協(xié)議要能夠對網絡拓撲進行認知，并在認知的基礎上設計使用合適的抗干擾技術、信道資源分配策略和路由策略。

無人機自組網關鍵技術，這里要強調的是無人機通信組網部分，不包括應用層的載荷任務部分。

一是物理層通信波形的抗干擾技術。無人機自組網的軍事應用必然要能夠應對復雜的電磁環(huán)境，能夠躲避敵方的干擾，或者消除干擾對通信帶來的不利影響，從而保障已方的正常通信。通信抗干擾技術主要有擴頻技術和自適應選頻技術，其中擴頻包括傳統(tǒng)的跳頻、直擴和擴跳等抗干擾技術。跳頻簡而言之就是網絡內所有電臺的通信載波頻率在預先設定的跳頻集中按照特定的偽隨機序列所控制的跳頻圖案進行同步跳變，達到抗截獲和抗干擾通信的目的。自適應選頻采用認知無線電技術對預設的候選頻點進行干擾認知和通信質量實時評估，當前工作頻點受到干擾、通信質量下降后，可以迅速選擇未被干擾的通信質量最好的頻率進行通信。對于自組網系統(tǒng)來說，寬帶高速跳頻不但要需要解決傳統(tǒng)全連通網絡的載波同步、位同步、幀同步，還要實現(xiàn)在多跳條件下的全網時間同步和跳頻圖案的同步，技術實現(xiàn)難度大。對于自適應選頻來說，如何實時對預設候選頻點（信道）進行通信質量評估，并在當有干擾時，全網如何快速同步切換收斂到通信效果最好的頻點，是無人機自組網能夠應用于軍事領域首先要解決的關鍵技術。

二是數(shù)據鏈層的MAC協(xié)議。對于無人機自組網而言，就是如何在無中心節(jié)點協(xié)調的條件下，采用分布式算法動態(tài)快速給各個節(jié)點分配合適的信道資源，既要達到各個節(jié)點公平、高效接入使用有限的信道資源，又要達到低時延、高可靠、高吞吐量的目標，這是無人機自組網要攻克的關鍵技術和難點之一。

三是網絡層的路由協(xié)議。無人機自組網中節(jié)點的高速移動，使得網絡拓撲不斷變化，如何設計一種快速、高效、擴展性好、動態(tài)適應能力強的路由算法，具有入網快、路由切換快、收斂快、控制開銷小的優(yōu)良特性，是無人機自組網另一個要攻克的關鍵技術和難點。

四是QOS技術。現(xiàn)有自組網電臺研發(fā)過程中大多進行了跨層設計，在MAC協(xié)議和路由協(xié)議的設計過程中會用到物理層的信號強度指示，誤碼率等參數(shù)，也會融合傳輸層中的QOS和擁塞控制技術，同時采用一些功率自適應、調制自適應、編碼自適應、速率自適應技術，來保證各種業(yè)務對時延、速率、丟包率的不同要求。

一、Ad-Hoc技術說明

（一）概述

無線自組網也稱為Ad-Hoc網絡，源自于美國DARPA啟動的多個分組網絡在軍事通信領域的應用項目。其后發(fā)展為Ad-Hoc網絡，IETF將Ad-Hoc網絡稱為MANET（移動Ad Hoc網絡）。

Ad Hoc網絡是一種特殊的無線移動通信網絡。Ad Hoc網絡中所有節(jié)點的地位平等，無需設置任何中心控制節(jié)點，具有很強的抗毀性。網絡中的節(jié)點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉發(fā)能力。當通信的源節(jié)點和目的節(jié)點不在直接通信范圍之內時，它們可以通過中間節(jié)點轉發(fā)報文進行通信。有時節(jié)點間的通信可能要經過多個中間節(jié)點的轉發(fā)，即報文要經過多跳（Hop）才能到達目的地，這是Ad Hoc網絡與其他移動通信網絡的最根本的區(qū)別。Ad Hoc網絡的節(jié)點通過分層的網絡協(xié)議和分布式算法的相互協(xié)調，實現(xiàn)網絡的自動組織和運行。

（二）主要特點

1、分布式無中心。所有的電臺的地位都是平等的，不存在中心節(jié)點。所有的節(jié)點都可以隨時加入或退出網絡而不影響原有網絡的健壯性。

2、多跳轉發(fā)。所有的合法電臺都可以自動完成中繼轉發(fā)功能，可以擴展網絡覆蓋范圍。

3、動態(tài)拓撲。支持動態(tài)的路由拓撲，適用于網絡連接拓撲不斷變化的運動場景。

4、IP透傳。實現(xiàn)了IP透傳功能，將所有的數(shù)據信息都進行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、語音、圖片和視頻等信息的傳輸需求。

只要設備的IP在同一網段，即可以自動連接，且沒有中心節(jié)點，每個節(jié)點都可以連接到組網內任意節(jié)點。

二、可視化自組網通信系統(tǒng)實戰(zhàn)案例

（一）應用場景概述

某地區(qū)建黨100周年匯報演練隆重舉行，參加部門有：特警，消防，應急救援，民兵預備役等相關單位，參演隊員們警容嚴整、精神飽滿、斗志昂揚，按照統(tǒng)一指令迅速進入匯演環(huán)節(jié)。我司為其提供安全通信保障任務，將現(xiàn)場第一視角畫面實時傳輸至觀摩點。并圓滿完成任務，獲得試用單位高度認可。

組網示意圖

（二）場景應用需求

1、在演習場地中把特戰(zhàn)隊員第一視角視頻傳輸?shù)街笓]臺大屏幕；

2、根據保密要求，不能使用公網傳輸視頻數(shù)據；

3、視頻傳輸流暢，在演習活動中視頻畫面流暢，穩(wěn)定；

4、將現(xiàn)場聲音實時傳輸?shù)接^摩點大屏幕。

（三）設備配置

（四）設備參數(shù)特點

1．頭盔式無線單兵設備

（1）功能特點

1、業(yè)務針對性強：產品根據武警，特警等部門實際業(yè)務需求量身定制

2、符合國標：支持國標GB/T28181協(xié)議。

3、北斗/GPS雙模定位

4、PTT數(shù)字集群對講，小組隊員間相互通信

5、本地大容量存儲128GB,支持連續(xù)錄像不小于60小時

6、集成紅外夜視功能，光敏感應，白天/夜間模式自動開啟

7、快速安裝：武警，特警專用魔術貼，方便安裝在頭盔上

8、一鍵開關機：帶上手套也可以正常操作，操作簡單

9、一鍵報警：戰(zhàn)士遇到突發(fā)情況，一鍵報警到指揮中心，設備啟動報警加密錄像

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

11、支持4G運營商網絡通信，移動/聯(lián)通/ 電信

12、實時視頻、實時語音對講

（2）規(guī)格

2．無線自組網通信設備

（1）功能特點

1、體積小，適合穿戴或手持

2、支持語音、視頻等IP業(yè)務雙向傳輸

3、支持PTT語音傳輸

4、動態(tài)路由功能，網絡自組織和自恢復功能

5、支持內置WiFi

6、支持內置的GPS/北斗定位

7、支持串口透傳功能

8、支持多設備組網，最大支持連續(xù)中繼32節(jié)點

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

10、組網靈活，網狀結構實現(xiàn)組網之間以點對點、多點對多點、人到人、人到車、車到車等多重的組網通信方式

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

12、擴展性，支持第三方IP攝像頭作為射頻源可直接接入自組網設備

（2）規(guī)格