[发明专利]一种基于自适应调整策略的无人机CSMA接入方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应调整策略的无人机CSMA接入方法，包括：建立通信连接前，无人机agent对自身的接入状态及接入策略进行初始化；当有数据包要传输时，侦听无人机自组织网络中各信道的忙闲情况；在可用信道中选取一条接入成功率最高的信道；无人机根据随机策略分布采样当下的接入策略并执行接入无人机自组织网络中；无人机执行接入策略后获得传输反馈，得到相应的策略回报，同时接入状态发生转移；无人机根据状态转移与获得的即时回报进行接入策略的更新；经过一段时间的迭代学习，各无人机agent学习到最适应于当前无人机自组织网络环境的接入策略；本方法相比于传统的接入机制可以实现低碰撞率、高吞吐量且不影响各节点对信道使用的公平性。

技术领域

本发明涉及无人机自组织网络领域，具体地，涉及一种基于自适应调整策略的无人机CSMA接入方法。

背景技术

无人机具有用途多样、灵活性强、自主控制等优势，在军用、民用领域得到了广泛的关注和发展。多无人机系统协同应用比单个无人机系统具备可生存性更强、可扩展性更高、完成任务更快等优势，但同时也带来了诸多技术挑战，其中最为关键的一点就是多无人机间的协同通信，如何设计适应未来发展需求、高效的多无人机通信网络已成为亟待解决的问题。

当前对无人机网络的研究大多都基于中央控制场景，其中无人机依靠地面控制中心或卫星进行通信，或是无人机作为中继节点来协助地面蜂窝网络的通信。随着多无人机协同应用的快速发展，基于中央控制的无人机网络无法为军事与民用场景提供更全面的服务。大量研究表明，自组织网络架构最适用于无人机间的协同通信。与传统的无线自组织网络相比，无人机自组织网络具有自身的独特性，包括节点的高速移动、网络拓扑的高动态性以及节点的稀疏性，这些特征为设计适用于UAVNET的媒体访问控制机制时带来了很多挑战。

MAC协议控制UAV节点对公共无线电资源的使用，极大地影响节点对信道的接入成功率等网络性能。传统的用于自组织网络(Ad-Hoc Network)的MAC协议可以大致分为两类：基于调度的(例如TDMA、FDMA、CDMA和令牌)和基于竞争的(例如ALOHA、CSMA)。基于调度的MAC协议需要某种集中式控制机制，由于无人机网络节点的高动态性很难进行信道资源的统一调配，所以此类协议不太适用于UAVNET场景，而基于竞争的MAC协议立足于分布式信道接入，因而更契合UAVNET的场景需求。IEEE 802.11DCF是一种基于预约竞争的MAC层机制，使用带冲突避免的载波侦听多址接入协议(CSMA/CA)通过RTS/CTS机制解决自组网中隐终端和暴露终端的问题，但接入过程会有一定的预约开销。另外一种p-坚持CSMA接入协议(p-persistent CSMA)基于随机竞争，避免了预约的开销问题，但和CSMA/CA同时面临着另外一个挑战，就是如何有效降低接入碰撞。