[发明专利]一种无人机汇聚网络通信的方法、装置和系统

说明书

本发明公开了一种无人机汇聚网络通信的方法、装置和系统。该系统将信道在时间上划分成等时长的时帧，时帧又划分成等时长的时隙，各时隙根据传输信息的不同，按时间顺序依次划分成资源调度阶段和业务传输阶段，而资源调度阶段又划分成通告阶段、传输阶段、竞争阶段和配发阶段。在通告阶段，中心无人机向发送通告分组，通告分组中包含传输阶段和竞争阶段的分配信息，各业务无人机在传输阶段和竞争阶段的相应时隙发送状态信息分组。中心无人机根据状态信息分组中的待发送业务的队列长度和类型为各业务无人机分配时隙资源，并在配发阶段向业务无人机发送资源分配分组。各业务无人机则在业务传输阶段根据其分配的时隙资源发送业务数据。

技术领域

本发明涉及无人机组网通信技术，具体涉及无人机组网的MAC协议。

背景技术

集中式网络是由中心节点和客户端节点所组成的网络，在集中式网络中，客户端节点与客户端节点不进行业务数据的交互，业务数据的交互仅发生于中心节点和客户端节点之间，中心节点负责客户端节点与客户端节点的业务数据协调。汇聚网络是集中式网络的一种特例，在汇聚网络中，中心节点为汇聚节点，客户端节点的业务的业务数据向中心节点单向汇聚，中心节点向客户端节点单向接收业务数据，客户端节点与客户端节点不存在业务数据的交互，中心节点也不向客户端节点发送业务数据。这种汇聚网络通常存在于传感器网络中，各个传感器是汇聚网络的客户端节点，各个传感器所检测到的数据单向传输至汇聚节点，该汇聚节点可能是网关，也可能是主机或服务器。无人机传感器网络也属于这种汇聚网络。在无人机汇聚网络中，中心无人机作为汇聚节点，其他无人机则是客户端节点，作为客户端节点的无人机携带有各种传感器，各种传感器所感知的业务数据单向传输并汇聚至中心无人机。传感器所感知的业务数据包括视频、图像或者其他感知数据。

现有技术中，业务数据的汇聚传输通常通过应用层实现。但在无人机网络中实现业务数据的汇聚传输具有独特的挑战。为保障无人机飞行的安全，每架无人机需要定期向邻近的无人机广播位置、速度、障碍等安全信息。并且在无人机网络中，对安全信息的时延和可靠性要求较高，而对业务数据的时延及可靠性允许有一定定容忍能力但要求更高的吞吐量，而且不同类型的业务数据的时延及可靠性各不相同。因此在无人机传感器网络中，通过应用层实现业务数据的汇聚传输很难达到上述通信目标。

发明内容

本发明所要解决的问题：实现无人机传感器网络的业务数据的汇聚传输，以提高数据传输性能，适配无人机组网环境。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

根据本发明的一种无人机汇聚网络通信的方法，该方法涉及由中心无人机和若干业务无人机组成的以所述中心无人机为汇聚节点的无人机汇聚网络；该方法包括以下步骤：

S1：在每个时帧开始时刻，所述中心无人机以天线全向模式向各业务无人机广播通告分组；所述通告分组包含：传输阶段的时隙数、传输阶段的时隙分配表以及竞争阶段的时隙数；

S2：各业务无人机接收到所述通告分组后，判断自己是否在所述传输阶段的时隙分配表中分配有相应的传输时隙；若所述传输阶段的时隙分配表中分配有相应的传输时隙，则该业务无人机在所述传输阶段的时隙分配表中所分配的传输时隙中以天线全向模式广播状态信息分组；若所述传输阶段的时隙分配表中未分配有相应的传输时隙，则该业务无人机在所述竞争阶段中随机选取并占用该竞争阶段的时隙以天线全向模式广播状态信息分组；所述中心无人机接收所述状态信息分组；所述状态信息分组包含业务信息；所述业务信息包括待发送业务的队列长度和相应的业务类型；

S3：待竞争阶段的各个时隙结束后，所述中心无人机根据其所接收的状态信息分组所包含的所述业务信息为各业务无人机分配信道资源，得到信道资源分配表，然后以天线全向模式对外广播资源分配分组；所述资源分配分组包含所述信道资源分配表；

S4：各业务无人机接收到所述资源分配分组后，根据所述资源分配分组所包含的信道资源分配表所分配的信道资源，以天线定向模式，向所述中心无人机发送相应的业务分组；