[发明专利]用于多无人机环境下建立安全通信链路的方法

摘要

本发明公开了一种用于多无人机环境下建立安全通信链路的方法，主要解决现有无人机通信技术由于网络拓扑结构频繁的发生变化导致的链路状态不稳定，且数据容易被第三方抓取、删除甚至篡改的问题。其技术方案是根据无人机数据传输的需求有效利用卫星、预警机来管理无人机节点；针对无人机通信设计可靠的链路查找建立方法，在建立通信链路时使用可靠的交互协议，防止假的通信请求和应答,阻止恶意节点对链路信息的篡改，且数据均通过地面站分配的密钥加密，保障了消息的安全，提高了无人机通信的稳定性和安全性，同时，通过对链路受损的情况提供有效应对措施，增强了系统的抗毁性，可用于多无人机环境下安全通信链路的建立。

主权项

1.用于多无人机环境下建立安全通信链路的方法，包括如下步骤：(1)密钥分配：地面站通过上行链路为各个卫星G之间分配各自的密钥KGaGb(a,b∈[1,NG])，NG表示卫星的数量，为每个卫星和每个预警机P间分配各自的密钥KGaPi(i∈[1,NP])，Np表示预警机的数量，为无人机之间两两分配密钥KUxUy(x,y∈[1,NU])，NU表示无人机的数量，同时为无人机U和预警机P之间亦分配各自的密钥KPiUx，并发布公共密钥Kc；预警机搜索周围的无人机并注册构成机群，当预警机同机群进入某颗卫星的覆盖区域时，把机群信息交送给该区域的管理卫星；(2)链路查找假定在周期时间片[Tt,Tt+1]内卫星覆盖下的各个机群相对位置保持不变，无人机在[Tt,Tt+1]时间间隔内的第一次通信需要查找到目的节点的路径，建立安全的通信链路；所述查找到目的节点的路径，按如下步骤进行：(2a)源无人机节点Ux向管理本机群的预警机Pi发送通信请求，预警机接收到请求后查找其目的节点Uy是否在当前机群内，若在同一机群，则执行(2b),否则，则执行(2c)；(2b)管理源无人机节点Ux所在机群的预警机为Pi，即建立Ux→Pi→Uy的链路，并通过Ux与Pi的密钥KPiUx和Uy与Pi的密钥KPiUy保障该链路的通信安全；(2c)源无人机节点Ux发送路由查找分组，由预警机Pi向它的近邻机群广播，开始查找到目的节点Uy的路由，该分组如下：Pi→[IDUxUy,ADSUx,ADSUy,[IDUxUy,ADSUx,ADSUy]KUxUy]Kc该分组包含两组消息：一组是[IDUxUy,ADSUx,ADSUy]，其使用源无人机节点Ux和目的无人机节点Uy的对称密钥KUxUy加密，另一组为[IDUxUy,ADSUx,ADSUy]，这两组消息连接后再使用公共密钥Kc进行整体加密，其中，IDUxUy为路由查找标识、ADSUx是源无人机节点的地址、ADSUy为目的无人机节点的地址；(2d)其他预警机节点收到上述查找分组后使用公共密钥Kc解密，查找判断目的节点Uy是否在当前机群中，若是，则将消息转发给该无人机节点；否则，提取出路由查找标识IDUxUy对该分组进行验证，判断该是否曾处理过此数据，若是，则将该分组丢弃，反之就继续转发，并记录发送分组的预警机节点为其前趋，以保证应答消息能发回源节点；(2e)目的无人机节点Uy收到该分组后，用密钥KUxUy解密第一组消息内容，验证两组消息是否一致，若是，则沿反向路径应答，建立机间链路进行通信；若不符，说明路径中有节点发生故障或被俘而发起了内部攻击,篡改了第一个消息分组的内容，由Uy报告给管理卫星，并由管理卫星通知源无人机节点Ux重新发起路由查找，同时报告给地面控制站进行故障排查；(2f)源预警机节点Pi若长时间仍未收到应答消息，则将管理卫星作为通信中继，建立起Ux→Ga→Gb→Uy的卫星链路进行通信；(3)路径存储从周期时间片[Tt,Tt+1]起始，源无人机通过步骤(2)建立的安全通信链路到达目的节点，并将该通信链路存入到路由表中，如果在该周期[Tt,Tt+1]之内没有节点失效或链路拥塞的情况，则路由表保持不变，否则，对路由表进行更新，由源无人机节点重新执行步骤(2)，建立起新的路由表，直至下个周期；(4)故障处理当通过(2)建立的链路出现节点损坏，或者由于拥塞导致链路状态不可用的情况时，由管理卫星向地面站发送故障报告，同时根据受损情况做出相应处理：对于无人机节点的受损的情况，管理卫星直接在受损节点近邻寻找替代节点，将其加入机群继续工作；对于预警机节点受损的情况，管理卫星向其下属其他预警机节点发布消息，收回该受损节点与其它节点共享的密钥，并对该预警机所管理机群内的无人机节点下达指令，命令它们加入近邻机群或者返航。