基于自组网的集群架构将无线自组网和无人机集群结合。
无线自组网不依赖于基础设施，无需路由器或接入点；相反，基于动态路由算法动态分配节点。
近年来，人们将移动和车载自组网概念拓展到无人机网络通信中，形成飞行自组网(FANET)。无人机间的信息交互，不依赖于任何已有的基础设施，而是临时建立起适应节点动态变化的机器对机器(M2M)通信网络；不需无线接入点(Access Point)，但是至少有一个网络中的节点连接一个地面基站或者卫星。文献[57]从移动性、拓扑和能耗等方面比较了移动自组网、车载自组网和无人机自组网，并比较分析了各种自组网的路由协议和节能策略。文献[58]综述了无人机集群在民用领域，包括搜索援救、覆盖侦查和运送物品等应用中通信组网的特点和需求。和移动或车载自组网相比，飞行自组网具有自身特点。1、 节点的高速移动和拓扑的高动态变化。典型的移动和车载自组网节点通常是人和汽车，而飞行自组网节点则是高速飞行的无人机，移动度远高于移动或车载自组网，导致其拓扑变化比移动或车载自组网更为频繁。2、节点稀疏性和网络异构性。集群中的无人机执行任务时通常是分散分布的，机间距离大都千米级，远大于移动或车载自组网节点间的距离，导致空域内节点密度较低。同时，实际应用中，无人机还需和卫星、有人机、地面机器人等不同类型的平台通信，网络拓扑可能分层分布。3、节点任务的多样性。无人机集群系统可能包括不同类型的传感器，并且每个传感器可能需要不同的数据传输策略。比如，需同时支持高频/实时的控制/决策通信需求(时延毫秒级)和协同感知等任务需求的大容量(M级)机间传输；支持突发任务响应，可随时发起点对点或者点对多点的通信。4、更高可靠性和更低重量要求。小型无人机载荷重量有限；同时空中无人机一旦失控，很容易造成机毁人亡。故而，飞行自组网在严格限制端机重量条件下，对网络协议和软硬件可靠性有严苛要求。
目前，其仍面临着严峻的技术挑战：
1) 有限的单跳距离：飞行自组网的建立依赖于每架无人机之间的单跳通信，而要想通过有限的机载能力实现可靠的通信，其单跳距离往往受到了限制，这成为了约束飞行自组网技术发展的重要因素之一。2) 难以可靠控制的丢包率：飞行自组网中，对动态路由的配置提出了很高的要求，迅速改变的物理层道会使原有拓扑的路径变得不再可靠，从而导致数据的大量丢包，这会严重限制无人机集群的任务执行能力。另一方面，在基础架构、硬件设备、通信带宽等固定的情况下，根据任务需求进行通信调度，可最大限度地挖掘通信系统的性能。目前，协同飞行任务中的通信需求研究较多。通常，其通信拓扑要求无向连通或存在有向生成树，拓扑切换和通信时延等存在必要条件。但是，目前对其他任务，比如协同探测、协同规划等通信需求的研究较少。
3.2.3 集群决策与规划
集群规划的内涵是“在线实时为集群内的每架无人机生成从当前/起始位置到目标位置的运动任务，要求集群任务总代价最低(较低)，同时实现集群内相互避碰以及避免与环境碰撞”。
和体系结构一样，规划决策可以采用集中或分散式方法解决。集中方法中，有一个中心节点可以获得所有无人机的信息，问题转化为对整个集群的单一优化问题。分散方法中，每架无人机依赖获得的全局或者局部信息单独求解。介于两者之间的是半分散式系统，它充分利用无人机的分布式计算能力，但仍然需要中心节点进行信息融合或全局约束条件的判断。
无人机集群的规划决策可以涉及不同层次，部分算法直接作用于无人机的控制输入，部分算法则聚焦于无人机的任务或行为。POMDPs提供了一种优化的数学框架来建模无人机与环境交互过程，可在同一框架内通过优化合并的目标函数实现不同层次策略的组合，因此得到了广泛的使用。对于无人机集群系统，POMDPs可以扩展为 MPOMDPs(集中式)或Dec-POMDPs(分散式)等。进一步，为解决集群信息不一致和状态不确定问题，考虑信息融合的多无人机POMDPs求解算法也得到了研究。
集群任务的不确定性，给规划决策带来了极大挑战。任务规划通常是PSPACE完整的，寻求精确解的规划算法仅限于在低维系统可行。集群通常由大量个体组成，同时还具有底层空间的高维度特性，导致纬度巨大且计算复杂。规划算法对问题维度呈指数依赖，即使离线都难以求解。进一步，与地面机器人相比，无人机速度更快，动力学系统更复杂，机载计算能力更有限，故而，无人机的规划决策算法必须尽可能降低计算量，且具有强实时性。美国空军技术研究院以无人集群广域搜索/打击一体化任务为研究背景，通过群间任务分配、群内任务协调、路径规划和轨迹优化4个层次的分层优化，使得无人平台能够针对复杂任务实现层次化协调，极大地减小了在线计算负载。但是，总体而言，为适应瞬息万变的复杂动态环境，如何实现兼顾优化性和快速性的动态决策和任务/航迹重规划，仍然还是挑战性的问题。
3.2.4 集群无人机平台系统
集群无人机平台系统，包括平台和飞行控制系统，是集群形成能力的基础。集群具备的优势与无人机系统的特性息息相关，合理的平台设计和精确的飞行控制能大幅提升集群性能。
