[发明专利]基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法

说明书

本发明提出基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法，它在运行时包括时隙分配——CMOP、数据——Data和时隙请求——SMOP三个时期的操作；它采用了“一跳节点辅助分配数据时隙”和“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”两种新机制，第一种新机制工作在CMOP时期，第二种新机制工作在Data时期。通过主节点周围的一跳节点为未成功传送时隙请求消息的节点分配无冲突的数据时隙、节点使用自己拥有的空闲数据时隙辅助其它节点传送之前传输失败的数据帧，从而能够减少数据帧的平均延迟，提高网络吞吐量和信道利用率。

技术领域

本发明属于无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicles Ad Hoc Networks,UANET)技术领域，尤其涉及在媒介接入控制(Medium Access Control,MAC)层采用多跳TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址接入)接入方法的无人机自组网场合。

背景技术

随着航空技术的发展，无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)受到越来越多的关注，已成为近年来热门的研究课题之一。无人机是一架无需承载任何人员的飞行器，它的飞行可以自主操作或远程机载计算机系统自动控制。与载人飞机相比，无人机具有灵活性、低成本和高机动性等特点，其广泛应用在环境监测、中继网络、交通农业管理和灾害救援等领域，如附图 1所示。与单架无人机相比，多架协同无人机组成的机群网络解决了单架无人机的通信不可靠、节点不灵活、抗毁性不强和通信范围受限等问题。无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicles Ad Hoc Network,UANET)是一种不完全依赖地面控制站的快速移动自组织网络，其可以不依赖空中固定基础设施而自动进行组网，各架无人机之间高效快速地进行收集、处理、传输和共享数据，共同提高无人机的飞行效率。无人机自组网拓扑如附图2所示。

无人机自组网将移动自组网应用在空间组网中，为未来航空领域提供了更广阔的发展空间。与现有无线移动自组网一样，无人机自组网面临的主要挑战在于路由协议和媒体接入控制 (Media Access Control,MAC)协议。路由协议对无人机的有效路径规划显得十分重要，而MAC 协议作为协议体系中较底层的协议，为网络中每个节点提供了信道接入的方式，在保证节点的数据传输时延、分组成功率和接入效率方面起到了至关重要的作用，如何控制无人机接入信道成为无人机自组网的关键问题之一。当前，国内外对无人机自组网MAC协议已经做了一些研究，但没有统一的技术标准，国内尚处于起步阶段，还需要进一步研究。