[发明专利]一种负载均衡的无人机自组网高效多跳TDMA接入方法

摘要

本发明提出一种负载均衡的无人机自组网高效多跳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“基于拓扑精简时隙分配消息”和“负载均衡的时隙请求信息高效上传”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SMOP时期；通过删除自身和梯度值不大于自己的节点以及非子孙节点的时隙分配信息、选择子孙节点少的节点转发时隙请求信息以及删除重复的时隙请求信息，能够精简时隙分配消息的内容并缩短其长度，同时减少节点时隙请求信息内容和转发次数，从而降低接入方法的控制开销，促进节点负载均衡。

主权项

1.一种负载均衡的无人机自组网高效多跳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：S1：所述CMOP时期，用于全网节点广播时隙分配消息，本时期运行“基于拓扑精简时隙分配消息”新机制，本时期运行过程和新机制具体实现过程如下：S11：主节点运行“基于拓扑精简时隙分配消息”新机制，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；S12：普通节点收到一个CMOP帧后，执行下述操作：S121：取出时隙分配信息字段的内容，统计其中节点ID的数量；如果节点没有ID，可将节点地址视为ID；然后，将该数量值填入预先建立的“节点—子孙节点数”表中；S122：根据时隙分配信息字段中自身时隙信息的位置，获知相应的拓扑信息；若当前节点发现其位置前存在其它节点的时隙分配信息，此情况表明这些节点的梯度值不大于其梯度值，则运行“基于拓扑精简时隙分配消息”新机制，从时隙分配字段的内容中删除这些节点的时隙分配信息；S123：进一步查看其位置后的时隙信息，若发现其位置后存在其它节点的时隙分配信息，此情况表明这些节点的梯度值大于等于其梯度值，则运行“基于拓扑精简时隙分配消息”新机制，从自己保存的上行时隙请求转发表中查询得到子孙节点，然后删除梯度值大于等于其梯度值、但非其子孙节点的节点的时隙分配信息，同时保留最大的CMOP时隙索引号、最大的Data时隙索引号，这些索引号将用于确定数据传输节点和时隙请求阶段的起始时刻；S124：从时隙分配字段的内容中删除自身的时隙分配信息；S125：从时隙分配字段的内容中删除上述3类时隙分配信息后，若发现除了最大CMOP时隙索引号和Data时隙索引号信息以外，无其他节点的时隙分配信息，则采用一种新的CMOP帧，该帧不包含总时隙数字段；S126：广播上述精简了内容的CMOP帧；S2：所述Data时期，用于全网节点在分配给自己的时隙里发送数据帧和目的节点接收数据帧；S3：所述的SMOP时期，用于普通节点向主节点发送时隙请求消息以便申请时隙，本时期运行“负载均衡的时隙请求信息高效上传”新机制，本时期运行过程和新机制具体实现过程如下：S31：普通节点如果需要请求时隙，执行下述操作：S311：运行“负载均衡的时隙请求信息高效上传”新机制，根据下行时期维护的一跳邻居表，判断梯度值比自己小的节点的个数，若为1，则生成一个现有相关技术定义的时隙请求帧——SMOP帧并填入相应内容，然后广播该SMOP帧；如果大于1，则执行下一步；S312：节点生成一种新的SMOP帧，该帧在现有SMOP帧上增加了一个“中继节点ID”字段，用于装载中继节点的ID；接着，在SMOP帧中填入除“中继节点ID”字段外的其它字段的内容；然后执行下一步；S313：节点查询“节点—子孙节点数”表，获得自己相邻的、梯度小于自己的、子孙节点数最少的节点的ID，接着，将该ID填入SMOP帧的“中继节点ID”字段；然后，广播该SMOP帧；S32：普通节点如果收到一个SMOP帧，执行下述操作：S321：判断SMOP帧的类型；如果是加了“中继节点ID”字段的新类型，则执行步骤S222；否则，执行步骤S224；S322：取出“中继节点ID”字段的内容并判断其是否等于自己的ID，如果不是，则删除该SMOP帧；如果是，执行下一步；S323：查询“节点—子孙节点数”表，获得自己相邻的、梯度小于自己的、子孙节点数最少的节点的ID，将该ID填入SMOP帧的“中继节点ID”字段；接着，如果自己有时隙请求信息，则将其加入该SMOP帧，如果没有则不加；接下来，判断时隙请求字段里的内容是否已经被同梯度节点发送过，如果有则将已发送过的内容删除；然后，判断时隙请求字段里是否有内容，如果有则广播该SMOP帧，如果没有则删除该SMOP帧；S324：判断自己有无时隙请求信息，如果有则将其加入该SMOP帧；接下来，判断时隙请求字段里的内容是否已经被同梯度节点发送过，如果有则将已发送过的内容删除；然后，判断时隙请求字段里是否有内容，如果有则广播该SMOP帧，如果没有则删除该SMOP帧。