[发明专利]无人机自组织网络自适应MAC协议框架及数据传输方法

说明书

本发明公开一种无人机自组织网络自适应MAC协议框架及基于该框架的数据发送方法和数据接收方法。所述无人机自组织网络自适应MAC协议框架，包括应用层、传输层、网络层、上MAC适配层、MAC协议层、下MAC适配层和物理层；所述数据发送方法，包括：数据包接收、MAC协议选择、数据帧封装、自适应MAC帧封装和数据帧发送步骤；所述数据接收方法，包括数据接收、MAC协议识别和封装上交步骤。本发明的无人机自组织网络自适应MAC协议框架及基于该框架的发送和接收方法，支持链路层多个MAC协议共存，同时允许根据具体情况在各MAC协议间互相切换，从而保证在不同的任务中均可以得到高质量的接入服务。

技术领域

本发明无人机组网通信技术领域，特别是一种保证在不同的任务中均可以得到高质量接入服务的无人机自组织网络自适应MAC协议框架及基于该框架的数据传输方法。

背景技术

无人机自组织网络作为无线自组织网络中的一个分支，继承了传统无线自组织网络的诸多特性，例如点到点连接变化剧烈，端到端路由更新频繁等。而一个网络的实时性、稳定性等性能与决定其信道使用权的MAC协议有着非常大的相关性，一个优秀的MAC协议可以为无人机自组织网络的性能带来很大提升，进而对无人机任务执行的实时性、稳定性产生关键作用。

无人机自组织网络因其执行任务的多样性、节点无人控制的自主性、网络中数据的异构性等特点，需要无人机自组织网络能够根据不同的任务需求和网络当前的性能表现，自适应地使用最合适的MAC协议以保证网络性能。

现有网络协议栈由上至下包括应用层、传输层、网络层、MAC协议层和物理层。

现有的网络协议栈无法满足无人机自组织网络的特殊需求。

第一，无人机自组织网络要具备根据所感知的信息自适应地调整MAC协议的能力。节点的高移动性是无人机自组织网络的显著特点，网络中节点密度会随节点的移动、网络拓扑的改变而变化。在稀疏网络和密集网络中，处于同一广播域中的网络节点数目相差很大，甚至在微型无人机组成的蜂群无人机自组织网络中，节点可能在某些时候会组成超密集网络。而在不同节点密度的网络中，不同类型的MAC协议表现出的性能千差万别，简单来说，竞争类的协议在稀疏网络中可以发挥自己的优势，而受控接入的协议在密集网络中可以保持更好的网络性能。

第二，无人机自组织网络要具备根据不同任务对网络性能的需求自适应地调整MAC协议的能力。无人机自组织网络对网络性能的要求与其他网络有所不同，无人机所感知的信息和加载在无人机网络上的应用数据存在文本、图像、视频等多种模态，不同模态的数据对网络性能的指标有所不同。比如，在执行军事监视时，监视视频必须完整无误地被传递到指挥基地，其对于带宽要求较高；而在无人机紧急避让时，避让消息必须要快速传输到位，其对于时延要求较高。由此可见，不同的应用对网络性能的需求有所不同。以往的网络协议无法满足无人机自组织网络中信息资源强异构性带来的不同网络性能需求。

总之，现有技术存在的问题是：无人机自组织网络中，链路层多个MAC协议共存的情况下，不同MAC协议之间切换困难，不同任务接入服务质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机自组织网络自适应MAC协议框架，支持链路层多个MAC协议共存，同时允许根据具体情况在各MAC协议间互相切换，从而保证在不同的任务中均可以得到高质量的接入服务。

本发明的另一目的在于提供一种基于自适应MAC协议框架的无人机自组织网络数据传输方法，包括数据发送方法和数据接收方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种无人机自组织网络自适应MAC协议框架，由上至下包括应用层、传输层、网络层、MAC协议层和物理层，所述MAC协议层包含多个同时运行的MAC协议，在所述网络层与MAC协议层之间还设有上MAC适配层，在所述MAC协议层与物理层之间还设有下MAC适配层。