[發明專利]無人機集群自組織通信網絡時隙資源動態分配方法

有效

• 申請號: 202210140692.4
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114650603B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 陳萍;于世強;林楠;倪志剛;魏思蒙;唐越;謝樹磊;陳華志
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司系統工程研究院
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W84/18
• 代理公司: 中國船舶專利中心 11026
• 代理人: 魏劍

本發明提出了一種無人機集群自組織通信網絡時隙資源動態分配方法，其包括以下步驟：網絡成員節點計算節點度中心性、介數中心性、剩余電量系數和信噪比估計，統計節點業務流量；中心節點計算成員節點重要性加權系數；中心節點計算成員節點加權重要性和節點時隙分配參數，統計全網待分配的時隙資源，進而計算各成員節點應分配的時隙數量。本發明根據當前網絡拓撲結構、節點產生的業務數據量，同時綜合考慮節點信噪比、節點剩余電量等約束條件，提出網絡中節點時隙資源動態分配算法，提升了時隙資源利用效率，增加了無人集群通信網絡的吞吐量，降低了網絡傳輸時延，延長了在網各節點的生命周期。

技術領域

本發明屬于無人機通信技術領域，具體涉及一種無人機集群自組織通信網絡時隙資源動態分配方法。

背景技術

無人機集群組網通信通常采用的信道接入方式為時分多址(Time DivisionMultiple Address，TDMA)協議。TDMA多址接入協議作為網絡信道共享和數據傳輸的基本協議，根據每個節點的身份識別號(ID)進行時隙資源分配，每個節點只能在特定的時隙內發送信息，其余時隙則處于接收狀態。因此時隙資源的分配方法決定了整個網絡的吞吐能力和傳輸時延。時隙資源分配策略是影響時分多址接入(TDMA)網絡吞吐量和平均轉發時延的重要因素。

通常的時隙資源分配策略通常采用靜態時隙分配或CSMA競爭接入機制。靜態時隙分配是給各個節點預先分配固定時隙，節點在分配好的時隙內進行傳輸。CSMA競爭接入機制是在各節點無預先分配固定時隙條件下，通過隨機競爭時隙資源實現節點接入。

CSMA接入機制的典型工作過程如下：假設網絡中節點總數為N，時隙總數為M，則應當滿足N≤M。節點開機后，節點首先監聽信道至少2M*σ的時間，其中σ為時隙的長度。如果在2M*σ的監聽時間內，沒有收到任何來自其他節點的控制包，則說明當前節點是第一個啟動的節點。此時節點會占用監聽時間段結束后的第一個時隙開始廣播自己的控制包。如果在監聽期間節點收到來自其他節點的控制包，且發現存在時隙資源分配沖突，則節點繼續監聽，直到沖突被解決。如果收到的控制包提示時隙分配信息沒有沖突，說明時隙已被正確分配，節點從空閑時隙中，按照需要占用相應時隙，并在對應的時隙到來時更新本地時隙資源分配列表并發送控制包。若當前節點收到的其他節點控制包的時隙分配列表沒有發生沖突，那么說明本輪時隙分配成功。若分配列表存在沖突，則說明分配失敗，節點需要隨機延時一段時間，重新開始時隙調度。

動態時隙資源分配是指在時隙資源一次分配的基礎上，為優化網絡性能，對時隙資源的二次調整。動態時隙資源分配最常用的方法是依據節點業務量分配相應的時隙數量，通過增加業務量大的節點時隙數量，提高該節點占用帶寬；通過減少業務量小的節點時隙數量，降低該節點占用帶寬。動態時隙資源分配方法能夠使網絡傳輸帶寬與節點業務傳輸需求相匹配，提高網絡傳輸性能。

傳統方法只考慮了各節點的業務傳輸需求，而忽略了網絡拓撲結構、節點位置、節點通信中的信號干擾、節點剩余電量等因素，傳統的動態資源時隙分配方法具有一定片面性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種無人機集群自組織通信網絡時隙資源動態分配方法，設網絡中有N個節點，各節點的時隙分配數量計算方法包括以下步驟：

Step1.網絡中的各成員節點計算節點度中心性、介數中心性、剩余電量系數和信噪比估計，統計節點業務流量；結果在其分配的時隙內廣播，其中廣播信息還包括其鄰居節點的度中心性、介數中心性、剩余電量系數、信噪比估計結果；

Step2.網絡中心節點根據各成員節點度中心性、介數中心性、節點業務流量計算成員節點的加權重要性，權重系數的取值通過定時分析節點度中心性、介數中心性、節點業務流量的統計特征值確定。

Step3.網絡成員節點采用信噪比估計算法對節點的信噪比進行估計，當信噪比大于節點通信閾值時認為節點能夠正常通信，反之則認為通信中斷；