[发明专利]一种飞行器自主编队支撑网络的时隙分配协议

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器自主编队支撑网络的时隙分配协议，属于飞行控制技术领域，具体涉及一种适用于飞行器自主编队支撑网络的时隙固定分配与预约相结合的复合式STDMA时隙分配协议。

背景技术

近年来，许多国家投入大量的人力物力于飞行器的自主编队飞行的研究中，多无人飞行器自主编队系统是多学科交叉的综合集成系统，上层可以完成自主编队协同飞行、协同航路规划、协同导航等具备群体意识的复杂任务，底层基于无线通信网络技术进行数据的互联、互通和互操作。飞行器自主编队系统如果侧重于队形的拓扑和网络通信，那么整个系统可以看作是一个移动无线自组织网络系统，飞行器自主编队的网络化是多飞行器之间通过某种形式的联系构成一个在时空上、体系结构上、任务功能上的一个整体，从某种意义上讲，网络化即整体化。完成网络化的载体即编队的支撑网络，支撑网络的具体体现即网络支撑协议。

无线自组织网络，又称无线自主网络或无线Ad Hoc网络，是一种无基础设施，具有自组织、自适应以及自愈能力的无线移动网络。IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）也将Ad hoc网络称为MANET(移动Ad hoc网络)。

自组织时分多址访问技术，即STDMA（Self-organized Time Division Multiple Access）技术，将时间轴分为若干个信息帧，每个信息帧又分成若干个时隙,供用户使用来发送数据、指令等信息。每个用户都周期地广播其对当前的时隙和对将来的时隙进行预约的信息报文，通过这些报文来构造时隙状态表。该时隙状态表中包含的信息是所有用户对时隙进行动态预约的依据，以实现各用户对信道时隙的自发管理。由于这种情况下的时隙资源是由用户自行管理的，不需要地面站的参与和控制，所以被称为自组织时分多址方式。

STDMA系统中，节点间信息的共享是以获得时隙的方式轮流占有信道进行的，是数据链正常工作的最根本的保证，因此时隙分配的效能直接影响了整个数据链的效率和稳定性，这使得时隙分配的算法成为STDMA技术中的一个研究热点，也是实现TDMA的一个重点。算法包括固定、预约、竞争、动态法等。在具体实现中，往往会根据具体情况，综合运用多种算法进行处理，以尽可能地提高信道利用率。

发明内容

本发明提供一种飞行器自主编队支撑网络的时隙分配协议，根据网络规模和用户需求，提供三种时隙分配工作模式，分别为固定时隙分配、预约时隙分配和复合模式，工作模式之间的切换只能在每帧开始前进行；所述各个工作模式具体如下：

步骤一：网内节点对更新率需求稳定时，采用固定时隙分配；

各节点通过发送ID号对时帧数取余，确定时隙的时帧序号k；通过发送ID号对时帧k内时隙数取余，确定时隙在时帧k内的时隙号；各节点可以根据自己在网络内的发送ID号自行寻找到相应的固定时隙；

步骤二：网内节点数变化，或需求变更时，采用预约时隙分配，流程如下：

当网络内节点即请求方需要提高更新率时，会按照需求进行分类处理，首先确定是否可以通过获得预约时隙来满足其发送需求；如果不能满足，则申请成为网络内更新率最高的节点，即中心节点；如果此请求被批准，则取代原有中心节点成为新的中心节点；否则只能通过申请预约时隙来满足需求；网内其他节点即接收方收到预约时隙请求后，判断本节点是否占有预约时隙，如果没有占用，则不作任何处理返回，否则应按照预定算法，计算本节点是否应放弃占有的预约时隙；如果计算结果是应放弃预约时隙，则向请求方回复预约请求，放弃预约时隙，请求方收到回复预约请求后，确认预约成功，完成预约时隙的转让；在网内同时存在多个预约请求的情况下，网络内节点会根据时隙编号的先后顺序依次处理；

步骤三：固定时隙与预约时隙相结合的复合模式；

当支撑网络的节点数随飞行器编队任务变化或个别节点出现离入队情况时，需要启动复合模式，将各帧长度扩大，使得其包含的时隙数增加，固定时隙分配不变，各时帧均在尾端加入预约时隙，并按照缺省的初始设置把预约时隙分配给网内各节点。

本发明的优点在于：

(1)实时性高：