[发明专利]基于业务优先级和信道中断概率的UAV自组网时隙调度方法

说明书

本发明提供了一种基于业务优先级和信道中断概率的UAV自组网时隙调度方法，通过预测的中断概率值的大小来调整该节点的信道时隙分配，如果节点的中断概率较小，则为该节点分配信道时隙；如果节点的中断概率较大，则暂停下一帧中该节点的时隙信道分配，待该节点中断概率减小后再恢复分配；如果节点的中断概率介于两者之间，则根据前几帧的中断概率做出判断。通过概率反馈的信道分配策略降低了数据发送失败的概率，提高了信道的利用率。

技术领域

本发明涉及分无人机自组网技术领域，尤其涉及一种UAV自组网时隙调度方法。

背景技术

无人机(UAV)数据链在复杂的地理自然环境中可靠性受到严重威胁，民用无人机频谱资源紧缺。信道的特性对信号的传输有着极大的影响。目前针对无人机信道中断概率的研究主要集中于无人机作为中继系统上。大多数研究的做法是:首先将UAV抽象为一个移动节点，然后建立UAV中继移动模型，根据移动模型的不同，将UAV中继信道看作莱斯信道、瑞利信道、高斯信道以及Nakagami-m信道中的一种，这样就可以把无人机信道转化为常用的信道模型，然后进行中断概率的研究。

目前无人机自组网MAC协议的研究主要集中于两类:大多数项目采用的基于TDMA的MAC协议，部分项目采用的基于随机竞争接入的MAC协议。基于随机接入的MAC协议的基本思想是：节点有分组到达时，则立即发送分组，或先通过某种方式判断信道忙闲，若信道闲，则发送分组，信道忙则退避一段时间。随机接入方式，不需要预先给各个节点分配时隙，能有效处理用户数量的可变性和通信业务的突发性，对高实时性业务传输有着天然的优势。基于TDMA的MAC协议以某种方式动态或静态地为每个用户固定分配一定的信道时隙资源，用户可以不受干扰地独享已分配的时隙。这种方式可以保证用户接入信道的公平性和平均时延，网络规模确定后能保证较高的系统吞吐量，系统稳定。但其对同步的要求较高，不能有效应对网络规模的变化和通信业务的突发性，动态 TDMA在灵活性方面有所改善，但其时分复用的机制很难适用于对时延要求较高的场合，且实现复杂度较大。

现有队列调度算法有FIFO(First In First Out)算法，优先级队列(PriorityQueue,PQ)调度算法，加权公平队列(Weighted Fair Queuing,WFQ)调度算法。 FIFO调度算法只有一个排队队列，并按照数据包到达的先后顺序对其进行服务，该算法目前在航空自组网获得了广泛的运用，其优点是队列管理非常简单，接收节点不需要对到达的数据包进行重排序，其最大时延由最大队列深度决定。缺点是不具备对不同服务等级要求的业务进行区别对待的给每个队列赋予不同的优先级。PQ调度算法的优点是能为不同的业务提供不同等级的服务，可以将对时延敏感的实时业务设定一个比较高的优先级以保证该类业务的QoS，其缺点是如果某段时间内有大量高优先级数据包进入队列，那么低优先级队列中的数据包可能一直得不到服务。WFQ 算法的长处在于配置简单，对长度较短的数据包传输十分有利，每个队列都能够得到公平的调度，同时又保障了高优先级数据包的利益。但由于数据包分类是自动完成的，不能进行人工干涉，所以缺少灵活性，且因为队列总数的约束，当多种优先级的数据包进入同一个队列时不可以为不同优先级的数据包准确地提供与之对应的服务，无法保证不同数据包实际的 QoS需求。除此之外，WFQ算法均衡了各个队列的时延，并不适合对时延敏感的实时业务。

综上，针对现有算法的不足和面向无人机组网协议的局限性。结合 NAANET无中心控制，高动态性等特点，本专利以时隙的调度出发，以优先级和信道中断概率分配时隙，尽可能的保证了紧急业务的发送和信道资源的合理分配。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提出一种基于信道中断概率的时隙调度方法，来改善高优先级业务的传输质量，并在不同业务优先级之间取得平衡。

本发明具体通过如下技术方案实现：