無(wú)人機(jī)集群技術(shù)-智能組網(wǎng)與協(xié)同 課件 第2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)

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?。。?.14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(hù)快遞公司運(yùn)輸部門(mén)運(yùn)輸通道網(wǎng)絡(luò)分層的形成2.15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)2.16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2.17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。2.18網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分層的形成2.19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(xún)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)。2.110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(hù)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。

2.111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）

2.112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。2.113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(chēng)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(chēng)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡(jiǎn)稱(chēng)協(xié)議。協(xié)議protocol

2.215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）2.216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

2.217服務(wù)用戶(hù)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(hù)實(shí)體(n)實(shí)體(n)協(xié)議(n)2.218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(hù)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(hù)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2.219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2.220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(chēng)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2.221IP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。2.222IP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。2.223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)2.325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(hù)服務(wù)器方式。客戶(hù)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?hù)是服務(wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。2.326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(hù)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。2.327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2.328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(hù)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。2.329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。2.330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)。2.331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2.332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。控制字符EOT（EndOfTransmission）表示幀的結(jié)束。2.333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？2.334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(chēng)為字節(jié)填充或字符填充。2.335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(mǎn)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。2.336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)2.337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)。2.338數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制2.339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40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。2.341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(lài)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：2.342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(lài)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2.444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。2.445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。2.446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2.447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。2.448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。2.449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。2.450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。2.451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52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)53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。2.555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。2.556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?？刂浦行牡拇嬖谑沟迷摷軜?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。2.557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)2.558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)2.559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)2.560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。2.561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。2.562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(chēng)為有向圖。有向圖2.564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2.565圖論的概念若任意兩個(gè)頂點(diǎn)都能通過(guò)