用于无人飞行器自主编队的数据链信道分配方法

摘要

本发明公开了一种用于无人飞行器自主编队的数据链信道分配方法，首先定义数据链时隙结构，然后进行时隙分配，最后进行动态时隙预约。依据系统的应用环境和要求，提出了基于固定分配和预约机制的复合式动态TDMA机制信道分配方法，解决系统内各节点对信息更新的不同需求；根据不同的网络节点总数自适应采用不同的信道分配技术，提升了系统在各个阶段的信道吞吐量；引入了节点轮循辅助协议，避免了对时隙同步的高要求，提升了部分节点发送数据帧超时时系统的稳定性，使得系统的资源利用得到了最大化。

主权项

1.用于无人飞行器自主编队的数据链信道分配方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：定义数据链时隙结构本数据链采用时分多址技术TDMA机制构造16节点的网络时隙结构，节点在其占用的时隙中发送自身信息，一个时隙只能被一个节点占用；以200ms为一个帧，三个帧组成一个超帧，每一帧分为七个时隙，第一帧的七个时隙依次为“时隙1”、“时隙2”、“时隙3”、“时隙4”、“时隙5”、“时隙6”、“时隙7”，第二帧的七个时隙依次为“时隙8”、“时隙9”、“时隙10”、“时隙11”、“时隙12”、“时隙13”、“时隙14”，第三帧的七个时隙依次为“时隙15”、“时隙16”、“时隙17”、“时隙18”、“时隙19”、“时隙20”、“时隙21”，则每个时隙为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；其中“时隙1”、“时隙8”和“时隙15”三个时隙被中心节点占用，“时隙7”、“时隙14”和“时隙21”三个时隙不被网络中的节点占用，而是在网络满员后作为预约时隙；步骤二：时隙分配网络中节点的身份号ID决定了其占用的具体时隙，依照数据发送结构设计，网络运行后数据的发送次序和分配的ID号是不一致的，因此需对每个节点的ID号进行分配，每个数字表示节点的发送ID号，发送ID为“0”的节点为中心节点；具体流程如下：当网络中节点总数不大于11个时，按照节点号的单双数分类并划分于对应的帧中，均匀地将网络内节点分布于前两帧，具体见a、b、c；a：当网络中节点总数小于7时，第一帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID1、ID3、ID5节点使用并留有三个空闲时隙，第二帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID2、ID4节点使用并留有四个空闲时隙；b：当网络中节点总数等于7时，第一帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID1、ID3、ID5节点使用并留有三个空闲时隙，第二帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID2、ID4、ID6节点使用并留有三个空闲时隙；c：当网络中节点总数大于7且不大于11时，如果网络中节点总数为8，第一帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID1、ID3、ID5、ID7节点使用并留有两个空闲时隙，第二帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID2、ID4、ID6节点使用并留有三个空闲时隙；依次递推，当网络中节点总数为11时，第一帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID1、ID3、ID5、ID7、ID9节点使用并将第一帧的最后一个时隙作为空闲时隙保留，第二帧的七个时隙依次供中心节点ID0及第ID2、ID4、ID6、ID8、ID10节点使用并将第二帧的最后一个时隙作为空闲时隙保留；d：当节点数目达到12个及以上时，第12个节点及以后的节点直接安排在在第三帧中；当网络稳定后，每帧的最后一个时隙能够被优先节点预约；步骤三：动态时隙预约(1)网络中节点总数小于7个时当网络中节点总数小于7时，暂不启动动态时隙预约机制；各节点内部包含一个固定时隙计数器，计数器等于其自身ID号，每当收到数据帧，或者在一定时间间隔内没有收到任何帧，则计数器递减；当计数器计数减至0时，则表明之前节点发送完成，由本节点发送数据；(2)网络中节点总数等于7个时网络中节点总数到达7时，此时启动预约机制；一个超帧中第一帧和第二帧共包含14个时隙，网络内除中心节点ID0外，每个节点都能够在拥有固定时隙的同时，获得一个默认的预约时隙；此时，不存在竞争机制；按照更新率定义的设计，此时第一帧和第二帧发送都存在3个空闲时隙，除中心节点ID0节点外，第一帧和第二帧发送节点也正好分别是3个，能够启动动态时隙预约机制，直接按照公平分配进行，其中公平分配是指每一节点占用其后一帧的预约时隙进行发送，此时每个节点等间隔的占用一样多的时隙；a：节点ID1，ID3，ID5预约第二帧最后个三时隙，b：节点ID2，ID4，ID6预约第一帧最后个三时隙；(3)网络中节点总数大于7个小于12个时当网络中节点总数大于7时，启动动态时隙预约机制；此时，存在竞争机制；当第一帧的节点数为四时，需要竞争第二帧的三个时隙，采用如下机制进行动态时隙预约：a：初始直接指定前面的节点占用空闲时隙；b：当没有预约时隙的节点向全网发出欲占用时隙的通告后，最后面的节点退出动态时隙预约，被该没有预约时隙的节点预约；c：之后若预先没有进行预约时隙的节点出现，并向全网发出欲占用时隙的通告，则依次占用前面节点的预约时隙；d：直到所有预先分配的预约时隙被用完，则返回步骤b；(4)网络中节点总数不小于12个时同样启动动态时隙预约机制，一个超帧中包含21个时隙，此时的动态时隙预约机制同(3)；(5)稳定过程中收到各种帧后，各节点时刻检查网络内节点数目，并判断是否启动预约机制，若不启动预约机制，则判断是否轮到本节点发送，如果轮到本节点发送，则发送数据，重置计数器后等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目；如果没有轮到本节点发送，则计数器减1后等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目；若启动预约机制，则判断帧类型：a.如果某一节点收到数据帧，则判断是否轮到本节点发送，如果没有轮到本节点发送，则计数器减1后等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目；如果轮到本节点发送，则发送数据并重置计数器后等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目；b.如果收到预约帧或者在一定时间间隔内没有收到任何数据帧时，首先判断自身是否进行预约并占用预约时隙，如果未占有则不作任何处理，继续等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目；如果自身已占有预约时隙，则表明发生冲突，应对收到的预约帧的优先级进行判断，若该节点优先级最低则放弃预约时隙后等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目；若该节点优先级最高则不作任何处理，继续等待新帧的到来，收到新帧后，返回检查网络内节点数目，并按照步骤三的(2)至(4)运行。