一种预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议

本发明属于无人机自组网领域，尤其涉及一种预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议。

背景技术：

1、无人机自组网与传统通信网络相比，具有节点移动自由、拓扑变化频繁、进入和脱离网络自由等特点，传统通信协议由于存在容易造成网络节点拥堵、控制开销大，网络时延长等缺点，不能满足无人机自组网节点高速移动的场景；而且在战场等复杂情况下，甚至要求一些重要信息时延要达到2ms级别，而高速移动的节点变化又不可避免地产生一段时间的网络节点拥堵或者是信息冲突，因此需要对数据进行分级，不同重要程度的信息分级传输。

2、如何选择优先级，合理地对数据进行优先级分配，决定了无人机网络如何正常进行工作完成任务，因此优先级的规定尤为重要。

3、优先级协议本质也是媒体接入控制(medium access control,mac)协议，目前相关的mac协议研究方向主要有分为时分多址(time division multiple access,tdma))\载波侦听/冲突避免多址接入(carrier sense multiple access/collision avoidance,csma/ca)和基于业务优先级统计的多址接入(statistical priority-based multipleaccess,spma)。

4、tdma作为以时间为资源的划分协议，不能保证高优先级低时延的问题，csma/ca是一种随机竞争类的协议，并不能有效区分服务。spma虽然同样作为优先级接入协议，仍然避免不了在超过信道最大承受能力下，高优先级数据碰撞概率增大的问题。

5、现有无人机mesh网络传输信号的主要模式通常包括固定优先级和动态优先级两种。

6、固定优先级模式：在这种模式下，每个节点或设备被分配了一个固定的优先级，数据包根据节点的优先级进行传输。通常，这种模式下的优先级是在网络配置或节点部署时预先设定的，不会根据实时环境条件进行调整。

7、动态优先级模式：这种模式下，节点的优先级根据实时网络条件和环境变化进行动态调整。例如，如果某个节点的信号质量突然下降，它的优先级可能会被降低，以便其他节点能够更快地传输数据。

8、动态频谱管理(dynamic spectrum management,dsm)，是一种智能的频谱资源管理方法，它可以根据实时的无线电环境和使用需求，动态调整和优化频谱资源的分配和使用。dsm技术的目标是提高频谱资源的利用率和通信系统的性能，同时保证不同用户和服务之间的公平性和可靠性。

9、dsm技术的应用非常广泛，可以用于各种无线通信系统，如蜂窝移动通信、无线局域网、卫星通信等。在无人机集群通信中，dsm技术可以发挥重要作用，提高无人机集群的通信效率和稳定性，推动无人机集群技术的发展和应用。

10、但是，dsm技术也存在以下问题：

11、1)复杂度较高：动态频谱管理需要对无线电环境进行实时监测和分析，涉及大量的数据收集和处理工作。这使得dsm系统的设计和实现相对复杂，需要高性能的硬件和复杂的算法支持。

12、2)实时性要求高：dsm技术需要根据实时的频谱使用情况和需求进行决策和调整，因此要求系统具备高度的实时性和响应速度。在快速变化的通信环境中，如果系统无法及时做出准确的决策，可能会影响通信的稳定性和性能。

13、3)安全性问题：由于dsm技术涉及频谱资源的动态分配和管理，可能存在一些安全漏洞和攻击风险。例如，恶意用户可能通过干扰或欺骗手段来获取额外的频谱资源，从而影响系统的正常运行和安全性。

14、4)多用户协同问题：在多个用户或服务共享频谱资源的场景中，如何实现公平、高效的频谱分配和管理是一个挑战。dsm技术需要综合考虑不同用户的需求和优先级，确保频谱资源的公平分配和有效利用。

技术实现思路

1、本发明提出一种预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议，采用双优先级判断，更加详细的为不同数据的优先级进行划分，在节约控制开销的同时，能保证数据传输的高效可靠，可以为无人机自组网提供有效保障。

2、所述预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议，具体步骤如下：

3、步骤一、针对无人机群组成的网络，选取位于网络中心的无人机作为母机，其余为子机；

4、步骤二、母机依次使用不同频道发送已知大小的测试数据包给各子机，各子机通过无线通信测试设备测定各频道的传输速率并返回给母机。

5、传输速率＝数据包大小\传输时间；

6、步骤三、母机将各频道对应的所有传输速率取平均值作为该频道对应的传输速率，并按传输速率将对应的频道从大到小排序，供优先级判断时使用。

7、步骤四、初始设置无人机群的“绝对优先级”，从低到高依次设为1、2、3…n个档位，分别对应传输速率从小到大的频道；

8、根据传输数据的重要程度划分无人机群的优先级档位，n为最高档位，分配当前传输速率最大的频道。

9、步骤五、多个子机向同母机同时发送数据，传输数据根据提前设定的“绝对优先级”自动划分到对应的档位，并分配到相应的传输频道。

10、发送的数据包括：无人机的飞行、姿态和速度等控制指令；包括图像、视频、温度、湿度和气压等信息的传感器数据；无人机的当前位置、高度和速度；以及正在执行的任务信息等；

11、步骤六、计算每个传输数据对应频道的条件预估时延，并根据时延的大小来设定时间间隙；

12、无人机通信的时延，由五方面组成：通信链路时延，数据处理时延，信号传播时延，网络拥塞和干扰时延。

13、针对信号传播时延的计算如下：

14、sij为第i号无人机和第j号无人机间的距离，cair为空气中的电磁波传播速度；

15、针对通信链路时延和数据处理时延的计算如下：

16、t为无人机起飞前测量的时间段；f(t)为预测时延关于时刻的拟合直线函数；t0为起始的测量时刻。

17、针对网络拥塞和干扰时延的计算如下：

18、

19、tfuture为需预测的未来时刻，tlim为根据精度需要调节的极短时间，tlim＜＜0.1s，δt为极短的一段时间，τfuture为在未来时刻的最终预测时延。

20、中间变量b()为近似拟合出的函数曲线；

21、所以预估时延计算为：ttotal＝t1+t2+t3；

22、步骤七、判断每一个数据的传输时间是否超过时间间隙；如果是，数据被强行截断，超时的数据被分配到速率低一档的频道继续传输；如果低一档的频道上原本有数据在传输，则该数据分配到超时数据使用的频道继续传输。否则，正常传输即可。

23、本发明的优点在于：

24、1)、一种预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议，具有实时性和自适应性：无人机通过实时检测不同频道的传输速率，并根据实时环境测定预计时延，动态地调整数据传输的时间间隙和频道选择，从而保证数据传输的效率和稳定性。

25、2)、一种预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议，多级调控机制：通过优先级判断给不同的传输数据选取相应等级的频道，而且在数据传输超时后，会根据速率分配数据到合适的频道，从而最大限度地保障数据的传输顺利进行。

26、3)、一种预计时延进行频道分选的无人机飞联网传输协议，资源利用率高：通过实时检测和动态调整，能够有效地利用可用的频谱资源，提高整个网络的传输效率和容量。