[发明专利]用于无人飞行器自主编队的数据链信道分配方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种用于无人飞行器自主编队的数据链信道分配方法。

背景技术

数据链定义为在各个用户之间依据共同的通信协议，使用自动化的无线电收发设备传递、交换负载数据信息的通信链路与网络。依据定义，系统应由各类无线电收发设备和用户之间共同遵守的通信协议组成。其中，数据链信道分配方法用来控制各节点对共用信道的占用，使信道利用率最高且信息不发生碰撞。

无人飞行器编队飞行通过数据链共享各飞行器的位置、姿态、决策等信息，因此该数据链需要在高动态条件下完成信息的高更新率共享。因此，结合现有技术，目前的数据链存在如下问题：

1.数据传输能力不满足无人飞行器编队要求

无人飞行器编队飞行过程中要求数据的传输率较大，且由于无人飞行器编队运动速度较快，需要较高的其他节点信息更新率。而现有数据链并非为这种高信息更新率的使用需求设计，无法满足无人飞行器编队控制系统的要求。

2.数据链可靠性不足

对于无人飞行器数据链，需考虑存在当网络中节点失效后网络的继续运行能力。数据链可靠性要求网络协议设计在网络面临突发事件时具备容错能力。突发事件包括节点的丢失、拓扑结构的变化、链路丢失、同步丢失等网络部分功能暂时失效时能迅速恢复，不会引起网络的崩溃。进一步对可靠性的要求是在各种恶劣电磁环境下，造成网络无法正常工作时，如关键节点丢失、大部分功能丧失后，仍然能够维持网络的存在。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于无人飞行器自主编队的数据链信道分配方法，满足无人飞行器编队飞行对数据链的要求，提高信道利用率并使信息不发生碰撞。

时分多址技术(Time Division Multiple Access，简称TDMA)是把时间分割成周期性的帧Frame，每一个帧再分割成若干个时隙，用来向网络发送信号，在满足定时和同步的条件下，各节点可以分别在各时隙中接收到其他节点的信号而不混扰。本数据链采用TDMA机制构造16节点的网络时隙结构，每个节点在时隙内发送数据，在一个超帧内完成所有节点的至少一次发送。每一个帧的起始时隙由中心节点占用，除发布自身数据以外，还发布一些控制命令；其后时隙用于网络内其他节点发送数据帧。各帧最后设置空闲预约时隙，以满足在网络满员后满足节点的特别需求。

无人飞行器编队数据链要求数据的传输率很大，各节点需要降低对信道数据流量的要求，降低信息冗余，来减少数据流量。故在此基础上，采取如下设计方法：

(1)差错控制：选用采用了自适应里德-所罗门编码(Reed-Solomo，简称RS码)技术的数传电台，可较好地解决因信道干扰造成的传输误码问题；同时，由于采用了自适应技术，也兼顾了对时延和系统吞吐量的要求。

(2)实时信息共享：系统内节点的数据发送采用了半双工的广播方式，根据系统实际需求，在信道接入、信息帧结构等一系列设计上消除不必要的冗余信息，确保网络中每个节点能最大限度实时地共享其它节点的信息。

(3)最小化时延设置：通过对系统需求的分析，在传统TDMA机制的前提下，舍弃了发送数据信息的信道接入机制，消除了因发送数据而接入信道需求的握手报文等一系列的发送时间，最小化了系统的时延。

依据系统的应用环境和要求，在前述的固定TDMA机制基础上，考虑到网内节点发送的次序性，根据节点位置和需求的不一致，在固定时隙分配上对节点进行了区别对待，优化了节点更新率；采用了动态时隙预约分配机制在其余节点更新率要求变化时，能够自主预约时隙，进一步优化了系统更新率，满足网络主体更新率的要求。

动态时隙预约分配机制是以固定分配策略为主，以竞争分配和动态分配为辅的动态时隙预约分配策略。如此设计可以让特定的关键节点具有较高的数据更新率，保持关键信息的高更新速度。据此对系统作如下设计：

系统内任意节点更新率的最大需求为5Hz、最低需求为2Hz；本轮发送的节点可以预约下两帧的空闲时隙，待预约时隙来到时可以进行发送，进行预约的节点获得了数倍于普通节点的信息发送频率。需要注意的是，节点不能预约本帧的空闲时隙；都有预约要求的节点优先级按照帧次临近距离区别，越近的优先级越高。

当网络内节点数量少于7个时，其中中心节点占用了两个时隙，考虑到此时不进行动态时隙预约分配机制也能满足节点更新率的要求，所以取消此时的动态时隙预约分配机制，采用传统的轮循结合固定时隙结构的工作模式。