[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

摘要

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。

主权项

1.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，其特征是：包括在逻辑有先后关系的下行时隙分配——CMOP、数据——Data和上行时隙请求——SMOP三个时期的操作，具体如下：/nS1:所述CMOP时期，用于全网节点广播时隙分配消息，本时期运行“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制，本时期运行过程和新机制具体实现过程如下：/nS11:主节点运行“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制，首先根据节点的梯度值对已分配好的各节点时隙分配结果进行排序，节点梯度值越小，其时隙分配信息结果在时隙分配表中的位置越靠前，然后将时隙分配信息装入CMOP帧的时隙分配字段中，在第1个CMOP时隙广播CMOP帧；/nS12:普通节点收到一个CMOP帧后，执行下述操作：/nS121:取出时隙分配信息字段的内容，若节点发现该字段中不存在邻居节点的时隙分配信息，则查看该邻居节点是否在SMOP时期发送过时隙申请；若邻居节点在SMOP时期发送过时隙申请而在主节点发送的时隙分配表中不存在其时隙分配信息，则进一步查看CMOP帧中Total Frame Slots字段值是否超过最大时隙数N_MAX(本方法默认该值为127，可根据实际情况设置)，若否，则可确定该邻居节点未成功发送其时隙请求消息，执行下一步骤；否则，结束；/nS122:若节点自身CMOP时隙索引号为2，则判断同梯度的节点是否都在自身通信范围内；在CMOP帧的时隙分配表中，由于主节点对CMOP帧的中的时隙分配表按梯度值进行了排序，所以一旦该节点发现其时隙分配位置后是其子节点，则可判断同梯度值的节点都在自身时隙分配位置前；节点在SMOP时期可建立最新的一跳邻居表，若同梯度值的节点都在邻居表中，则表明同梯度值的节点都能收到自己广播发送的消息；若同梯度的节点都在自身通信范围内，则运行“一跳节点辅助分配数据时隙”机制，执行下一步骤；否则，结束；/nS123:节点查看邻居节点时隙请求总数和数据时隙最大的索引号j，判断和N_MAX-N_Total的关系(其中N_Total为本帧总时隙数)：若则将所有剩余时隙数分配给该邻居节点即可；若则说明分配完邻居节点后还有数据时隙剩余，进一步查看邻居节点的子节点时隙请求数重复以上操作；若发现满足以上条件后还有数据时隙剩余，则根据自身时隙数占用所需的数据时隙，同时更新TotalFrame Slots字段；/nS124:同梯度节点收到该CMOP帧后，若发现该帧时隙分配信息和主节点广播的CMOP帧不相同，则表明同梯度的邻居节点对时隙分配信息进行了调整，则根据“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制更新其时隙分配信息；/nS2:所述Data时期，用于全网节点在分配给自身的时隙里发送数据帧和目的节点接收数据帧，本时期运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，本时期运行过程和新机制具体实现过程如下：/nS21:节点运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，判断自身是否存在空闲数据时隙；若主节点分配给自己的数据时隙数为T_assign，此时队列数据包真实所需数据时隙数为T_real；若T_assign-T_real＞0，则可知自身存在空闲数据时隙；/nS22:节点接收其他节点发送的数据帧，并判断发送数据帧的节点是否成功发送数据帧，若是，则丢弃该数据帧；否则，运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，判断存在的空闲数据时隙是否足够发送该数据帧；/nS23:若T_assign-T_real≥T_data+T_ACK且该data帧的目的节点不是自己而是其他节点，则该节点进一步判断该data帧的目的节点是否为自身的一跳邻居节点，若是，则暂存该data帧；否则，丢弃；/nS24:若该节点在自身数据时隙到来时未侦听到其邻居节点成功发送该数据帧，则运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，在自身空闲时隙辅助发送该数据帧且不改变该数据帧的源和目的节点地址字段；/nS25:若目的节点成功收到该数据帧，则回复一个ACK帧，此时由于该节点和其邻居节点都在目的节点的通信范围内，若其邻居节点收到了ACK帧，则可知有邻居节点发送了自己的数据帧，无需在下一帧重传该数据帧，可发送新的数据帧；/nS3:所述的SMOP时期，用于普通节点向主节点发送时隙请求消息申请时隙。/n