CN101790248B - 微型无人机群自治管理数据链路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了微型无人机群自治管理数据链路。其组成包括：物理媒介为2.4GHz～2.483GHz的微波；链路协议，采用基于国际标准IEEE802.15.4的无线网络协议ZigBee协议；设备是微型无人机模型和通过串口RS-232与固定置于微型无人机模型内的无线模块及天线连接构成。无线模块由ZigBee协调器和ZigBee路由器构成，采用半双工的通信方式；数据链网络拓扑结构为树状拓扑；数据链仿真软件为OPNET网络仿真软件14.5版本；本发明的数据链使机群的传输速率能达到250kbps，信道利用率能达到90％，包传输时延为0.4s，数据链的吞吐量为63kbps。

Description

微型无人机群自治管理数据链路

技术领域

本发明涉及微型无人机群自治管理数据链路，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着航空科技的进步和军事斗争需求的牵引，无人机(UnmannedAerial Vehicle，简称UAV)作为多机编队协同作战的成员之一，其作用将会越显重要。目前，国内外对多无人机编队协同作战的研究大都停留在理论研究与控制算法和决策方法的仿真上。

美国麻省理工学院的“UAV SWARM Health Management Project”项目组的研究，提出了一个切实可行的无人机群健康管理***。

此项目提出一个独特的基于在一个长期受控的环境里，室内外试飞多无人机试验***。这个实验平台使用软硬件来处理关于单个或多个无人机的健康管理***，诸如故障诊断、能耗和维护。这个项目的主要目标就是将健康管理纳入整个无人机规划***，从而提高整个任务的可行性。这个实验平台的优点，是传感器和***的指挥和控制体系与无人机的选择有很大关联，从而方便***的控制。

无人机群健康管理是麻省理工课题组的地面主控设计方案。此方案是由地面计算机完成健康管理和实时监控(参考文献：Mario Valenti，Brett BethkeGaston Fiore，Jonathan P.How.Indoor Multi-Vehicle Flight Testbed for FaultDetection，Isolation，and Recovery.AIAA Guidance，Navigation，and ControlConference and Exhibit 21-24 August 2006)，其优点是避免了在无人机上完成图像处理和任务决策，减轻了无人机负载，对无人机的控制器要求不高，并可任意增加删除节点(无人机)。此项目的地空数据链的简化的硬件结构图如图1所示；多机的指挥和控制体系方框图如图2所示。图1由M架无人机及M辆小车组成，地面的M辆小车按照计算机发给的要求进行工作，如按照规定航迹运行，按照任务规划执行任务；空中M架无人机接收计算机的控制指令，然后跟踪地面的小车捕获小车运动中的一些信息。图2包括三部分：无人机控制命令发射端口；图像定位***：无人机位置/角度数据通过遵循TCP/IP协议的以太网传输；地面计算机：进行信息处理包括输出信号处理(发射给无人机的控制命令)、控制操作处理(包括任务规划、任务分派、航迹设计)、输入信号处理(包括环境评估器：无人机/障碍/目标状态/位置角度数据)。此方案所有的信息处理都是由地面计算机完成的，存在数据传输量大，地面主控计算机若出现故障，造成无人机群失控的灾难。

发明内容

为了克服上述技术和方法的不足和缺点，本发明提供了无人机群自治管理数据链路。此方案采用的是自治管理的方法：所述的自治管理是指一个***可摆脱外界的影响做出选择，也就是说，根据执行的任务而产生自己意图的能力，或者说是有自由的意志。本发明之所以采用自治管理的方式是为了避免当无人机群与地面主控失去联络时造成的机群失控，通信链路的中断。这种管理方式能有效的提高机群执行任务的效率。

微型无人机群自治管理数据链路的组成包括：

①物理媒介，采用是2.4GHz～2.483GHz的微波；

②链路协议，采用基于国际标准IEEE 802.15.4的无线网络协议ZigBee协议；

③设备，如图6所示，每套设备是由一个手掌大小的微型无人机模型，分别通过串口RS-232与固定置于微型无人机模型内的无线模块及天线连接组成的发送设备和接收设备构成，而且，发送设备和接收设备是同一件设备；所述的无线模块由ZigBee协调器(ZC)和ZigBee路由器(ZR)构成，ZigBee协调器(ZC)和ZigBee路由器(ZR)均采用可用来发送数据也可用来接收数据的半双工的通信方式，在同一时刻无线模块只能发送数据或者只能接收数据，当有数据发送时，无线模块作为无线发送模块使用，当有数据接收时，无线模块作为无线接收模块使用；所述的微型无人机群的微型无人机模型的数量为大于等于3架小于等于21架；数据链通信是飞机之间进行双向数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的；

所述的无线模块的ZigBee协调器(ZC)，是建立网络并设定技术参数，负责网络中正常工作以及保持同网络其它设备的通信，它可通过ZigBee路由器来延伸网络的通信范围，一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee协调器，它相当于有线局域网中的服务器，具有对本网络的管理能力；例如图6所示的第一无线模块ZC即为节点0即为ZigBee协调器；

所述的无线模块的ZigBee路由器(ZR)，起到监视或控制作用，它也可作为由于距离太远而无法直接通信的两个设备间的中继器；

所述的无线模块，优选型号均为C51RF-CC2430，其主芯片是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的无线单片机CC2430，模块上面带有直插的普通无线通信用的定向天线，它支持2.4GHz～2.483GHz的IEEE802.15.4/ZigBee协议。

无线单片机CC2430的主要特性为：

1)高性能、低功耗的8051微控制器内核；

2)适应2.4GHz～2.483GHz IEEE802.15.4的RF收发器；

3)32MHz晶振；

4)128KB的内置闪存；

5)电源电压范围宽(2.0V～3.6V)；

6)电流消耗小(当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27mA，TX为25mA)；

7)掉电方式下，电流消耗只有0.9uA；

8)挂起方式下，电流消耗小于0.6uA，

9)8KB SRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力。

④计算机程序，包括无线发送数据程序和无线接收数据程序；

所述的无线发送数据程序存储于如图6所示的无线模块ZC和ZR内，无线发送数据程序流程图如图4所示：

步骤400初始化，对发送设备的无线发送模块的无线单片机CC2430设置发送数据的信道；

步骤415访问信道，采用CSMA/CA(载波侦听多点接入/避免冲撞，Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)算法访问信道，如果信道被检测为空闲，发送设备将发送数据；如果信道被检测为忙碌，发送设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；

步骤420进入发送状态，若信道空闲则进入发送状态，监测是否有数据要发送；

步骤425发送数据，监测有数据要发送，则发送设备发送数据。

所述的无线接收数据程序存储于如图6所示的无线模块ZC和ZR内，无线接收数据程序流程图如图5所示：

步骤500初始化，对接收设备的无线接收模块的无线单片机CC2430设置接收数据的信道；

步骤515访问信道，采用CSMA/CA算法访问信道，如果信道被检测为空闲，接收设备将接收数据；如果信道被检测为忙碌，接收设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；

步骤520进入接收状态，若信道空闲则进入接收状态，监测是否有数据要接收；

步骤525接收数据，监测有数据要接收，则接收设备接收数据并存储到CC2430的内存中等待处理；接收设备收到正确数据后返回给发送设备一个确认信号证明自己已经收到；

⑤数据链网络拓扑结构为树状拓扑

ZigBee协议的网络拓扑结构主要有三种：星状拓扑、树状拓扑和网状拓扑。如图3所示，本发明采用的是树状拓扑结构，该树状拓扑结构的形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。树状拓扑的优点：(1)易于扩展；(2)故障隔离较容易。

数据链采用树状拓扑结构，可以对无人机群实行分级管理，如图3所示即除最下一级节点15、16、17、18、19、20外，其余节点都有子节点，每个节点只负责管理它的下一级子节点，也就是说每个节点只要计算至多二个节点的任务与航迹即可，由根节点0接收GPS***信息定位。而每个子节点都继承父节点的所有信息，例如子节点3和4都继承父节点1的所有信息，并且与它们的父节点1同级的右子树节点2如图3中的虚线所示存在通信链路，即没有控制关系，只有信息传输，这样，一旦有节点故障，如节点1被击落或通信链路中断，可由它的右子树节点4晋升，重新获得对原节点1依赖的节点3的控制权，继续进行通信。此方案避免了由于地面主控装置故障导致的无人机群集体失控通信中断，根节点的计算量也相对减少，但最下级节点所需保存的信息量却较大。

⑥数据链仿真软件为OPNET网络仿真软件14.5版本，OPNET是美国MIL3公司开发的网络仿真软件；

该软件是一种优秀的网络仿真和建模工具，它采用离散事件驱动的机制仿真分析模型的功能和性能。它采用分层建模机制，离散事件驱动，基于数据包的通信机制，并且内嵌了多种流量建模方法，能完成现有的各种通信***的仿真。本发明之所以采用14.5版本是因为只有这个版本才有ZigBee协议，正好符合我们的要求。

数据链仿真是对理论实验现象的一个计算机模拟过程，用安装在普通计算机上的OPNET网络仿真软件对数据链的数据传输的吞吐量、延时及信道的时隙利用率进行仿真，分析仿真结果，对数据链进行相应的改进完善。

数据链的动态工作过程：

(1)加入网络建立连接。为了进行通信，必须先建立数据链。如图7一个设备可以通过无线模块遵循的ZigBee协议的MAC 72(介质接入控制子层，Media Access Control)层关联加入网络，过程是通过向无线模块遵循的ZigBee协议的NWK71(网络层，Network)层发送NLME-NETWORK-DISCOVERY.request(请求加入网络)命令，NWK71层收到网路发现请求命令后，就向MAC72层发送MLME-SCAN.request(信道扫描)命令，扫描和设备匹配的信息并保存，当MAC72层扫描完成后向NWK71发送MLME-SCAN.confirm(扫描结束)命令，NWK71收到命令后根据匹配的信息就会允许设备加入网络。通过加入网络，所需设备就能正常工作了。

(2)通信。数据链通信是飞机之间进行双向数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的，帧的格式如图8所示，每帧最大能传输127个字节。发送设备的无线发送模块遵循的如图7 ZigBee协议的MAC72层利用数据服务访问点SAP73(Service Access Point)把数据帧发送到接收设备的无线接收模块。在等待确认时，发送设备的无线发送模块的MAC72层启动一个计时器，计时时间为macAckWaitDuration(MAC层最大的确认等待时间)个符号周期。接收设备的无线接收模块的MAC72层收到数据帧后，向发送设备的无线发送模块回送一个确认帧，并把收到的帧进行过滤，只把有用的帧递交给上层。发送设备的无线发送模块的MAC72在计时结束前收到接收设备的无线接收模块发回的确认后，就关闭和复位计时器。此时数据发送完成，发送设备的无线发送模块的MAC72就向上层发送一个成功证实。

(3)错误检测与恢复。MAC子层帧尾含有采用16位CRC(循环冗余校核，Cyclic Redundancy Check)算法计算出来的帧校验序列(FCS，Frame CheckSequence)，用于接收设备判断该数据包是否正确，若出现错误则采用ARQ(检错重发，Automatic Repeat Request)进行差错恢复。

(4)繁忙状态。繁忙状态是指无线信道正在被占用而造成的暂时不能接收信息帧的状态。发送设备在MAC层采用CSMA/CA的信道访问机制，所谓CSMA/CA就是在传输之前，会先检查信道是否有数据传输：若信道无数据传输，则开始进行数据传输；若产生碰撞则稍后一段时间再重传。

(5)断开链路。断开链路的方式因断开发起方而异，一般由一方发送断开链路请求后，另一方做出应答后双方即停止通信。若发送设备发送断开链路请求，接收设备收到请求后如果此时已经接收完数据则接收设备回复给发送设备允许断开链路应答，双方即停止通信。

有益效果

本发明采用自治管理的方式避免了当无人机群与地面主控装置失去联络时造成的机群失控，通信链路的中断。这种自治管理方式能有效的提高机群执行任务的效率。无人机群自治管理的数据链是无人机群之间进行信息传输和交换的综合通信***，数据链的性能直接影响到无人机群通信的整体性能，本发明的数据链传输速率快、抗干扰能力强、误码率低。本发明的数据链的传输速率能达到250kbps，信道利用率能达到90％，包传输时延为0.4s，数据链的吞吐量为63kbps。

附图说明

图1为已有技术的简化的硬件构成示意图。

图2为已有技术的多机的指挥和控制体系方框图。

图3为本发明采用的数据链网络的树状拓扑结构图。

图4为本发明采用的发送数据程序流程图。

图5为本发明采用的接收数据程序流程图。

图6为本发明提供的数据链构成示意框图。

图7为本发明采用的ZigBee协议栈结构图。

图8为本发明采用的MAC层帧格式图。

具体实施方式

实施例1：

本发明组成包括：

微型无人机群自治管理数据链路的组成包括：

①物理媒介，采用是2.4GHz～2.483GHz的微波；

②链路协议，采用基于国际标准IEEE 802.15.4的无线网络协议ZigBee协议；

③设备，如图6所示，每套设备是由一个手掌大小的微型无人机模型，分别通过串口RS-232与固定置于微型无人机模型内的无线模块及天线连接组成的发送设备和接收设备构成，而且，发送设备和接收设备是同一件设备；所述的无线模块由包括ZigBee协调器(ZC)和ZigBee路由器(ZR)构成，ZigBee协调器(ZC)和ZigBee路由器(ZR)均采用可用来发送数据也可用来接收数据的半双工的通信方式，在同一时刻无线模块只能发送数据或者只能接收数据，当有数据发送时，无线模块作为无线发送模块使用；当有数据接收时，无线模块作为无线接收模块使用；所述的微型无人机群的微型无人机模型的数量为3架；数据链通信是飞机之间进行双向数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的；

所述的无线模块的ZigBee协调器(ZC)，是建立网络并设定技术参数，负责网络中正常工作以及保持同网络其它设备的通信，它可通过ZigBee路由器来延伸网络的通信范围，一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee协调器，它相当于有线局域网中的服务器，具有对本网络的管理能力；例如图6所示的第一无线模块ZC即为节点0即为ZigBee协调器；

所述的无线模块的ZigBee路由器(ZR)，起到监视或控制作用，它也可作为由于距离太远而无法直接通信的两个设备间的中继器；

所述的无线模块，优选型号均为C51RF-CC2430，其主芯片是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的无线单片机CC2430，模块上面带有直插的普通无线通信用的定向天线，它支持2.4GHz～2.483GHz的IEEE802.15.4/ZigBee协议。

无线单片机CC2430的主要特性为：

1)高性能、低功耗的8051微控制器内核；

2)适应2.4GHz～2.483GHz IEEE802.15.4的RF收发器；

3)32MHz晶振；

4)128KB的内置闪存；

5)电源电压范围宽(2.0V～3.6V)；

6)电流消耗小(当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27mA，TX为25mA)；

7)掉电方式下，电流消耗只有0.9uA；

8)挂起方式下，电流消耗小于0.6uA；

9)8KB SRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力。

④计算机程序，包括无线发送数据程序和无线接收数据程序；

所述的无线发送数据程序存储于如图6所示的无线模块ZC和ZR内，无线发送数据程序流程图如图4所示：

步骤400初始化，对发送设备的无线发送模块的无线单片机CC2430设置发送数据的信道；

步骤415访问信道，采用CSMA/CA(载波侦听多点接入/避免冲撞，Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)算法访问信道，如果信道被检测为空闲，发送设备将发送数据；如果信道被检测为忙碌，发送设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；

步骤420进入发送状态，若信道空闲则进入发送状态，监测是否有数据要发送；

步骤425发送数据，监测有数据要发送，则发送设备发送数据。

所述的无线接收数据程序存储于如图6所示的无线模块ZC和ZR内，无线接收数据程序流程图如图5所示：

步骤500初始化，对接收设备的无线接收模块的无线单片机CC2430设置接收数据的信道；

步骤515访问信道，采用CSMA/CA算法访问信道，如果信道被检测为空闲，接收设备将接收数据；如果信道被检测为忙碌，接收设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；

步骤520进入接收状态，若信道空闲则进入接收状态，监测是否有数据要接收

步骤525接收数据，监测有数据要接收，则接收设备接收数据并存储到CC2430的内存中等待处理；接收设备收到正确数据后返回给发送设备一个确认信号证明自己已经收到。

⑤数据链网络拓扑结构为树状拓扑

ZigBee协议的网络拓扑结构主要有三种：星状拓扑、树状拓扑和网状拓扑。如图3所示，本发明采用的是树状拓扑结构，该树状拓扑结构的形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。树状拓扑的优点：(1)易于扩展；(2)故障隔离较容易。

数据链采用树状拓扑结构，可以对无人机群实行分级管理，如图3所示即除最下一级节点15、16、17、18、19、20外，其余节点都有子节点，每个节点只负责管理它的下一级子节点，也就是说每个节点只要计算至多二个节点的任务与航迹即可，由根节点0接收GPS***信息定位。而每个子节点都继承父节点的所有信息，例如子节点3和4都继承父节点1的所有信息，并且与它们的父节点1同级的右子树节点2如图3中的虚线所示存在通信链路，即没有控制关系，只有信息传输，这样，一旦有节点故障，如节点1被击落或通信链路中断，可由它的右子树节点4晋升，重新获得对原节点1依赖的节点3的控制权，继续进行通信。此方案避免了由于地面主控装置故障导致的无人机群集体失控通信中断，根节点的计算量也相对减少，但最下级节点所需保存的信息量却较大。

⑥数据链仿真软件为OPNET网络仿真软件14.5版本，OPNET是美国MIL3公司开发的网络仿真软件；

该软件是一种优秀的网络仿真和建模工具，它采用离散事件驱动的机制仿真分析模型的功能和性能。它采用分层建模机制，离散事件驱动，基于数据包的通信机制，并且内嵌了多种流量建模方法，能完成现有的各种通信***的仿真。本发明之所以采用14.5版本是因为只有这个版本才有ZigBee协议，正好符合我们的要求。

数据链仿真是对理论实验现象的一个计算机模拟过程，用安装在普通计算机上的OPNET网络仿真软件对数据链的数据传输的吞吐量、延时及信道的时隙利用率进行仿真，分析仿真结果，对数据链进行相应的改进完善。

数据链的动态工作过程：

(1)加入网络建立连接。为了进行通信，必须先建立数据链。如图7一个设备可以通过无线模块遵循的ZigBee协议的MAC 72(介质接入控制子层，Media Access Control)层关联加入网络，过程是通过向无线模块遵循的ZigBee协议的NWK71(网络层，Network)层发送NLME-NETWORK-DISCOVERY.request(请求加入网络)命令，NWK71层收到网路发现请求命令后，就向MAC72层发送MLME-SCAN.request(信道扫描)命令，扫描和设备匹配的信息并保存，当MAC72层扫描完成后向NWK71发送MLME-SCAN.confirm(扫描结束)命令，NWK71收到命令后根据匹配的信息就会允许设备加入网络。通过加入网络，所需设备就能正常工作了。

(2)通信。数据链通信是飞机之间进行双向数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的，帧的格式如图8所示，每帧最大能传输127个字节。发送设备的无线发送模块遵循的如图7ZigBee协议的MAC72层利用数据服务访问点SAP73(Service Access Point)把数据帧发送到接收设备的无线接收模块。在等待确认时，发送设备的无线发送模块的MAC72层启动一个计时器，计时时间为macAckWaitDuration(MAC层最大的确认等待时间)个符号周期。接收设备的无线接收模块的MAC72层收到数据帧后，向发送设备的无线发送模块回送一个确认帧，并把收到的帧进行过滤，只把有用的帧递交给上层。发送设备的无线发送模块的MAC72在计时结束前收到接收设备的无线接收模块发回的确认后，就关闭和复位计时器。此时数据发送完成，发送设备的无线发送模块的MAC72就向上层发送一个成功证实。

(3)错误检测与恢复。MAC子层帧尾含有采用16位CRC(循环冗余校核，Cyclic Redundancy Check)算法计算出来的帧校验序列(FCS，Frame CheckSequence)，用于接收设备判断该数据包是否正确，若出现错误则采用ARQ(检错重发，Automatic Repeat Request)进行差错恢复。

(4)繁忙状态。繁忙状态是指无线信道正在被占用而造成的暂时不能接收信息帧的状态。发送设备在MAC层采用CSMA/CA的信道访问机制，所谓CSMA/CA就是在传输之前，会先检查信道是否有数据传输：若信道无数据传输，则开始进行数据传输；若产生碰撞则稍后一段时间再重传。

(5)断开链路。断开链路的方式因断开发起方而异，一般由一方发送断开链路请求后，另一方做出应答后双方即停止通信。若发送设备发送断开链路请求，接收设备收到请求后如果此时已经接收完数据则接收设备回复给发送设备允许断开链路应答，双方即停止通信。

实施例2：本实施例的③设备的微型无人机模型的数量为10架；其余的同实施例1。

实施例3：本实施例的③设备的微型无人机模型的数量为15架；其余的同实施例1。

实施例4：本实施例的③设备的微型无人机模型的数量为21架；其余的同实施例1。

Claims (1)

1.微型无人机群自治管理数据链路，其特征在于，其组成包括：

①物理媒介，采用是2.4GHz～2.483GHz的微波；

②链路协议，采用基于国际标准IEEE 802.15.4的无线网络协议ZigBee协议；

③设备，每套设备是由一个手掌大小的微型无人机模型、该微型无人机模型内的串口RS-232与固定置于该微型无人机模型内的无线模块及天线分别连接组成的发送设备和接收设备构成，而且，发送设备和接收设备是同一件设备；所述的微型无人机群的微型无人机模型的数量为大于等于3架小于等于21架；数据链通信是飞机之间进行双向数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的；所述的无线模块由ZigBee协调器和ZigBee路由器构成，ZigBee协调器和ZigBee路由器均采用可用来发送数据也可用来接收数据的半双工的通信方式，在同一时刻无线模块只能发送数据或者只能接收数据；

所述的无线模块的ZigBee协调器，是建立网络并设定技术参数，负责网络中正常工作以及保持同网络其它设备的通信，它可通过ZigBee路由器来延伸网络的通信范围，一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee协调器，它相当于有线局域网中的服务器，具有对本网络的管理能力；

所述的无线模块的ZigBee路由器，起到监视或控制作用，它也可作为由于距离太远而无法直接通信的两个设备间的中继器；

所述的无线模块，型号均为C51RF-CC2430，其主芯片是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的无线单片机CC2430，模块上面带有直插的普通无线通信用的定向天线，它支持2.4GHz～2.483GHz的IEEE 802.15.4/ZigBee协议；

无线单片机CC2430的主要特性为：

1)高性能、低功耗的8051微控制器内核；

2)适应2.4GHz～2.483GHz IEEE 802.15.4的RF收发器；

3)32MHz晶振；

4)128KB的内置闪存；

5)电源电压范围宽，具体为：2.0V～3.6V；

6)电流消耗小：当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27mA，TX为25mA；

7)掉电方式下，电流消耗只有0.9uA；

8)挂起方式下，电流消耗小于0.6uA；

9)8KB SRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力；

④计算机程序，包括无线发送数据程序和无线接收数据程序；

所述的无线发送数据程序存储于无线模块的ZigBee协调器和ZigBee路由器内；执行该程序，发送设备的无线发送模块的无线单片机CC2430设置发送数据的信道；设置访问信道，采用载波侦听多点接入/避免冲撞算法访问信道，如果信道被检测为空闲，发送设备将发送数据；如果信道被检测为忙碌，发送设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；进入发送状态，若信道空闲则进入发送状态，监测是否有数据要发送；发送数据，监测有数据要发送，则发送设备发送数据；

所述的无线接收数据程序存储于无线模块的ZigBee协调器和ZigBee路由器内；执行该程序，接收设备的无线接收模块的无线单片机CC2430设置接收数据的信道；设置访问信道，采用载波侦听多点接入/避免冲撞算法访问信道，如果信道被检测为空闲，接收设备将接收数据；如果信道被检测为忙碌，接收设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；进入接收状态，若信道空闲则进入接收状态，监测是否有数据要接收；接收数据，监测有数据要接收，则接收设备接收数据并存储到CC2430的内存中等待处理；接收设备收到正确数据后返回给发送设备一个确认信号证明自己已经收到；

⑤数据链网络拓扑结构为树状拓扑

所述的树状拓扑结构的形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支；除最下一级节点外，其余节点都有子节点，每个节点只负责管理它的下一级子节点，也就是说每个节点只要计算至多二个节点的任务与航迹，由根节点接收GPS***信息定位，而每个子节点都继承父节点的所有信息，并且与它们的父节点同级的右子树节点存在通信链路，但是没有控制关系，只有信息传输；一旦有节点被击落或通信链路中断，可由它的右子树节点晋升，重新获得对原节点依赖的节点的控制权，继续进行通信；

⑥数据链仿真软件为OPNET网络仿真软件14.5版本，OPNET是美国MIL3公司开发的网络仿真软件。

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