CN110519845A - 基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳tdma接入方法 - Google Patents

基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳tdma接入方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳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“一跳节点辅助分配数据时隙”和“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”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Data时期。通过主节点周围的一跳节点为未成功传送时隙请求消息的节点分配无冲突的数据时隙、节点使用自己拥有的空闲数据时隙辅助其它节点传送之前传输失败的数据帧，从而能够减少数据帧的平均延迟，提高网络吞吐量和信道利用率。

Description

基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法
技术领域
本发明属于无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicles Ad Hoc Networks,UANET)技术领域，尤其涉及在媒介接入控制(Medium Access Control,MAC)层采用多跳TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址接入)接入方法的无人机自组网场合。
背景技术
随着航空技术的发展，无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)受到越来越多的关注，已成为近年来热门的研究课题之一。无人机是一架无需承载任何人员的飞行器，它的飞行可以自主操作或远程机载计算机系统自动控制。与载人飞机相比，无人机具有灵活性、低成本和高机动性等特点，其广泛应用在环境监测、中继网络、交通农业管理和灾害救援等领域，如附图 1所示。与单架无人机相比，多架协同无人机组成的机群网络解决了单架无人机的通信不可靠、节点不灵活、抗毁性不强和通信范围受限等问题。无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicles Ad Hoc Network,UANET)是一种不完全依赖地面控制站的快速移动自组织网络，其可以不依赖空中固定基础设施而自动进行组网，各架无人机之间高效快速地进行收集、处理、传输和共享数据，共同提高无人机的飞行效率。无人机自组网拓扑如附图2所示。
无人机自组网将移动自组网应用在空间组网中，为未来航空领域提供了更广阔的发展空间。与现有无线移动自组网一样，无人机自组网面临的主要挑战在于路由协议和媒体接入控制 (Media Access Control,MAC)协议。路由协议对无人机的有效路径规划显得十分重要，而MAC 协议作为协议体系中较底层的协议，为网络中每个节点提供了信道接入的方式，在保证节点的数据传输时延、分组成功率和接入效率方面起到了至关重要的作用，如何控制无人机接入信道成为无人机自组网的关键问题之一。当前，国内外对无人机自组网MAC协议已经做了一些研究，但没有统一的技术标准，国内尚处于起步阶段，还需要进一步研究。
Alshbatat AI等人对无人机自组网MAC协议进行了研究，他们提出了一种自适应定向无人机接入方法——AMUAV(Adaptive MAC protocol for UAV communicationnetworks using directional antennas，参见文献[1]:Alshbatat AI,Dong L.AdaptiveMAC protocol for UAV communication networks using directional antennas[C].2010 IEEE International Conference on Networking,Sensing and Control,2010:598-603)。AMUAV方法针对每架无人机拥有四种天线，两种定向天线，两种全向天线，无人机的上下侧为定向天线。若无人机没有数据发送，使用全线天线接收其他无人机发送的信息。若无人机需要发送数据，可选择全向或定向天线对数据分组进行发送。无人机根据距离、误码率和重传计数器自适应选择定向天线或者全向天线。在发送数据包前，检查无人机间的距离，如果距离小于全向天线的通信范围，则使用全向天线发送数据，否则MAC将检查无人机的高度，如果无人机的高度小于或等于另一架无人机，无人机参数和数据一起通过主天线(定向天线)进行发送，若重传计数器值超过7 之后，丢弃该数据包，为了尽量减少端到端的延迟，如果重传计数器值达到5，无人机将把定线天线传输切换到全向传输。AMUAV方法采用定线天线进行传输，可以使节点间传输距离更长、干扰较小，避免隐藏终端和暴露终端的问题，同时为空间复用提供了可能性。AMUAV方法的缺点是由于无人机高速移动，网路拓扑的频繁变化，各无人机很难获得其他节点的位置信息。
Jun Li等人研究了一种竞争类无人机接入方法(参见文献[2]：Jun Li，YifengZhou， Louise Lamont，Mylène Toulgoat，Camille A.Rabbath.Packet Delay in UAVWireless Networks Under Non-saturated Traffic and Channel Fading Conditions[J].Wireless Personal Communications,2013,72(2):1105-1123.)，该方法采用IEEE802.11DCF机制实现MAC层接入，假设所有的数据包长度都相同，任意两架无人机间都相邻，在共享的无线信道上以相同的数据速率进行通信。由于有损无线信道造成的传输错误，为了减少数据包的冲突概率，每架无人机采用DCF和RTS/CTS机制来访问无线信道。CWmin为竞争窗口大小CW的初始值，每次重新开始退避时CW需加倍，直到窗口最大值CWmax，一旦值为CWmax，它将保留该值，直到重置为止。节点发送失败后，每架无人机将其退避定时器设为均匀分布在区间[0,CW]中的新随机数，并在退避定时器到达时进行重传，当达到最大传输失败极限R时，数据包停止重传，CW重置为CWmin，将数据包丢弃。虽然该接入方法能够较好的避免节点间数据包的冲突，但在饱和或不饱和的业务条件下，平均分组延迟随着网络规模的增加而增加。
尽管竞争类协议具有高度的灵活性、可扩展性和健壮性，广泛的应用在各种无线网络中，由于其基于竞争的随机访问机制，当网络业务逐渐增加时，拥塞程度逐渐增加，信道利用率和可靠性较低。与竞争类接入方法不同，TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址接入) 是一种无冲突的接入方式，可避免节点对信道接入的竞争。为此，WeijunWang等人研究了一种混合的接入方法——CT-MAC(Design and Implementation ofAdaptive MAC Framework for UAV Ad Hoc Networks，参见文献[3]:Weijun Wang，ChaoDong，Hai Wang，Anzhou Jiang.Design and Implementation of Adaptive MACFramework for UAV Ad Hoc Networks[C]//2017IEEE International Conference onMobile Ad-Hoc and Sensor Networks.2017:195-201.)，该方法允许无人机通过自身GPS的位置信息在CSMA和TDMA协议之间切换。在飞行阶段，无人机之间的交互主要是安全信息，延时高，网络流量要求低。然而，在数据采集阶段，每架无人机需要向侦察基地发送侦察数据，网络负载非常高，无人机在这两个阶段选择适当的MAC协议来完成任务。由于电磁环境是复杂的，每架无人机都配备GPS，GPS信号可能并不准确，网络开销过大并且过度依赖GPS。
Chen Liang等人提出了一种完全分布式的TDMA接入方法(参见文献[4]:ChenLiang,Yu Zhang,Jian Song.A novel broadcasting MAC algorithm for ad hocnetworks[C]//2016 8th International Conference on Advances in InformationTechnology.2016:268-276.) 该协议允许节点高效地访问网络，将时帧结构分为信标(Beacon)和数据传输(Data)两个时期，每个节点只选择信标阶段的一个主时隙广播该节点数据请求，通过每个周期信标时期的广播包，每个节点更新其邻居时隙请求信息，并生成BOV域记录主时隙和备用时隙的信息和两跳范围内的收敛情况。当有空闲时隙时，每个节点根据业务需求通过BOV信息尝试选择备用时隙，获得额外的主时隙，保证充分利用时隙，提高网络吞吐量。由于网络采用全分布式方式，节点预约信道会产生碰撞，不适宜网络可靠性要求较高的场景。
Tianyi Wang等人提出了一种适宜高动态场景的接入方法——HD-MAC(AThroughput Enhancing TDMA-based Protocol in High Dynamic Environments，参见文献[5]：Tianyi Wang, Xiong Wang,Xiaohua Tian,Xiaoying Gan.HD-MAC:A ThroughputEnhancing TDMA-Based Protocol in High Dynamic Environments[C]//2017IEEEInternational Conference on Mobile Ad-Hoc and Sensor Networks.2017:105-109.)。该接入方法将时帧分为多个时期， REQ(Request Phase)时期用于入网节点发送入网请求，INF(Information Collection Phase) 时期用于网内各节点广播自身和其邻居节点的时隙动态占用情况，CON(Confirmation Phase) 时隙用于入网节点预约控制时隙和数据时隙，TUNE时期用于网内节点对入网节点无时隙可分通告进行确认或对入网节点的时隙预约冲突进行报告。每一子帧中的INF微时隙和数据时隙个数相同，都为N个。网中每一个节点在一个时帧中占有一个INF时隙和至少一个数据时隙，保证了其在一个时帧中至少可以发送一次。网络中的最大节点数和每一时帧中的总INF微时隙的个数相同。但由于HD-MAC协议未考虑实际场景中，普遍存在同时有多个节点申请入网的情况，不能用于有多节点申请入网的场景，可扩展性较差。
Lei Lei等人提出了一种动态TDMA接入方法——DT-MAC(A dynamic TDMA-basedMAC protocol with QoS guarantees for fully connected ad hoc networks，参见文献[6]：Lei Lei，Shengsuo Cai，Cheng Luo，Weiling Cai，Jinhua Zhou.A dynamic TDMA-based MAC protocol with QoS guarantees for fully connected ad hoc networks[J].Telecommunication Systems,2015,60(1):43-53.)。该方法旨在提供无冲突的数据传输，同时为网络中的不同服务提供QoS保证。DT-MAC接入方法提出了一个由同步、请求、分配和数据时隙组成的新的时帧结构。该方法可以根据网络中的节点数量和它们业务量来自适应地调整时隙的数量和长度，节点间通过竞争，每个时间帧都会生成一个主节点，一旦生成主节点，网络中的其他节点通过很小的控制消息依次向主节点发送自身的时隙请求，主节点收集到所有节点的需求信息后，根据节点的QoS要求为节点广播分配不重叠的时隙。DT-MAC接入方法可以较好地避免节点间的冲突，且扩展性较好，但由于节点间局限于单跳传输，网络覆盖范围较小。
同样，肖楠等人根据无人机网络拓扑动态变化，提出了一种能够支持高动态的接入方法——DTDMA(Dynamic Time Division Multiple Access，参见文献[7]:肖楠,梁俊,赵尚弘，全海波.基于TDMA的无人机多址协议分析与仿真[J].电子技术应用,2011,37(12):106-109.)。 DTDMA方法为网络中每个节点分配一组传输时隙前提下，通过本地调整优先级的动态时隙分配算法，保证优先处理原则，同时为避免“饿死”问题的产生，低优先级的请求失败k次后优先级提高一级。在业务量较小时，采用空闲时隙预留机制，将空闲时隙分配给网络中的各个节点，节点队列中有数据包存在即可发送。DTDMA接入方法采用优先级机制能够保证优先级高的数据包的端到端时延，采用空闲时隙预留机制能够减小节点端到端时延，提高网络吞吐量。但该方法与DT-MAC方法一样，局限于网络间一跳范围，网络覆盖范围较小。
为了解决无人机间数据传输距离受限问题，一种可能的技术方案是采用多跳的MAC接入方法，Dabin Kim等人提出了一种多跳的TDMA接入方法——BiPi-MAC(ABidirectional-Pipelined TDMA for Reliability and QoS Support in TacticalUnmanned Vehicle Systems，参见文献[8]：Dabin Kim，Jaebeom Kim，Young-Bae Ko.BiPi-TMAC:A Bidirectional-Pipelined TDMA for Reliability and QoS Support inTactical Unmanned Vehicle Systems[J].IEEE Access,2018(6):26469-26482.)。该方法提出了一种全新的多跳TDMA帧结构，可适用在无人机系统中，该帧结构包含三个时期：CMOP(Centralized-Map Offering Packet)时期、Data时期和SMOP(Slot-Map OrganizingPacket)时期，如附图3 所示。
CMOP时段是帧的起始时段，主节点将时隙分配表广播给网络中一跳节点，接收到CMOP帧的节点更新本地梯度值(主节点梯度值为默认为0，与主节点相连的一跳节点梯度值为1)和新分配的时隙信息，然后节点根据时隙分配信息在对应的CMOP时期广播中继CMOP帧，CMOP帧格式如附图4所示。为了保证整个网络下行消息转发的及时性，网络中每个节点都有一个时隙用于CMOP帧的传输，CMOP时期的第一个时隙总是分配给主节点，网络中其他节点根据梯度值大小由主节点进行调度分配，梯度值越小的节点越先分配，梯度值越大的节点往后分配；
在Data时期，节点根据收到的CMOP帧中时隙分配信息，在相应的Data时隙发送上行侦测数据和下行控制命令数据。对于上行链路，梯度值越大且时隙请求参数越大的节点越先分配，对于下行链路，梯度值越小且时隙请求参数较大的节点越先分配，调度算法采用上行链路和下行链路在不干扰的情况下交替地进行并行传输，保证上行链路和下行链路数据传输的公平性。
在SMOP时期，每个节点广播申请数据时隙，广播发送SMOP帧，帧格式如附图5所示。与 CMOP时期调度顺序相反，主节点将梯度值越大的节点越先分配，越小的节点往后分配，为了克服SMOP消息传输失败的情况，在SMOP时期有一小部分争用期，该时期用于节点入网和传输 SMOP帧失败的节点进行重传。
BiPi-MAC接入方法较好地保障了各节点间发送数据的可靠性，同时，由于网络节点采用根据梯度的调度方法，较好地保证了节点的端到端时延，其多跳通信的方式也增加了网络规模的扩展性，使节点通信覆盖范围较大。但由于节点移动速度较快，一旦节点时隙请求消息发送失败，将严重影响多个节点的时隙申请，增加数据时延；同时，网络的多跳特性使得节点申请时隙存在一定的不准确性，可能存在时隙的浪费。
综上所述，人们对无人机自组网接入方法的研究已经开展了一段时间，较好地保障了无人机间可靠传输，节点间端到端时延的性能。但深入研究发现，现有无人机自组网多跳TDMA接入方法存在如下问题：
1.网络中所有节点在时隙请求时期(SMOP时期)广播发送时隙请求消息，由于网络的多跳特性，节点发送的时隙请求消息不仅包含自身所需时隙信息，还包括中继转发的节点时隙请求信息。由于无人机的高速移动和频繁的拓扑变化，一旦主节点周围的一跳节点发送的时隙请求消息传输失败，则将严重影响多个节点的时隙申请，增大数据时延。因此，现有相关多跳TDMA 接入方法时隙申请消息存在一定的不可靠性，影响了接入方法的时延性能，这个问题有待解决。
2.由于网络为多跳场景，节点在申请时隙时，若仅考虑节点自身所需时隙数，而不考虑需要此节点中继转发的时隙数，则不能在本帧中继转发其他节点发送的数据，增大其他节点的数据时延。而通过节点的邻居节点数的比例或预测需要经过本节点中继转发的数据包数来提前确定节点总共所需时隙数，存在一定的不准确性，可能使某些节点存在冗余的数据时隙，导致时隙的浪费。
发明内容
为了解决上述两个问题，本发明提出基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA 接入方法，该方法包含“一跳节点辅助分配数据时隙”和“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”两种新机制。在上行时隙请求时期，若有节点未能在时隙请求时期成功向主节点发送时隙请求消息，则其不能在下一帧进行数据传输，增加其数据包的等待时延。若有主节点的邻居节点(以下简称为一跳节点)收到了其时隙请求消息，可为传输时隙请求消息失败的节点分配无冲突的时隙且不会影响全网节点的时隙分配和超帧长度，则可减少该节点的数据包时延，提高网络吞吐量。相较于现有无人机自组网信道接入方法，主节点周围的一跳节点在不影响全网节点的时隙分配和超帧长度前提下，为未成功发送时隙请求信息的邻居节点分配无冲突的数据时隙，减少网络时延，提高信道利用率。在数据传输时期，若节点发现自身存在空闲的数据时隙，则利用空闲的数据时隙传输邻居节点发送失败的数据帧，使发送数据帧失败的邻居节点无需等到下一帧重传该数据帧，提高时隙利用率，降低数据时延。。
本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法在无人机自组网多跳TDMA接入协议中使用。无人机自组网多跳TDMA接入协议将网络节点分为主节点和普通节点两类，其多跳TDMA接入协议的时帧结构如文献[8],由三个部分组成：CMOP(Centralized-Map Offering Packet，时隙分配)、Data和SMOP(Slot-Map OrganizingPacket，时隙请求)；其中CMOP时期用于节点广播时隙分配消息，主节点在CMOP时期的第1个时隙广播全网节点的时隙分配信息，普通节点收到该时隙分配消息后，均在自己的CMOP时隙采用广播的方式中继该时隙分配消息，直至网络中所有的节点都收到和广播了该时隙分配消息；根据时隙分配消息，各节点在Data时期占用相应的Data时隙进行数据帧的传输；对于SMOP时期，各节点在自己的SMOP时隙广播时隙请求消息，该消息包含自身和其他节点的时隙请求消息。
(一)本发明提出的新机制的基本思路和主要操作
以下具体介绍本发明提出的“一跳节点辅助分配数据时隙”和“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”两种新机制的基本思路和主要操作。
1.一跳节点辅助分配数据时隙
根据现有无人机自组网多跳TDMA接入协议，在网络各节点进行数据传输之前，各节点需要向主节点发送时隙请求消息，由于网络的多跳特性，节点发送的时隙请求消息不仅包含自身的时隙请求消息，还包含其他节点的时隙请求消息。由于无人机的高速移动和频繁的拓扑变化，在最糟糕的通信情况下，一旦主节点周围的一跳节点时隙请求消息传输失败，主节点将不能在本帧收到其和其子节点的时隙请求消息，使得这些节点不能在下一帧进行数据传输，导致多个节点的数据传输受到严重影响，增大数据时延。若有一跳节点收到了其时隙请求消息，可为该节点分配无冲突的时隙且不会影响全网节点的时隙分配和超帧长度，则可减少这些节点的数据时延，提高网络吞吐量。
为了解决上述问题，本发明提出了“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制。该新机制的基本思路是：首先，主节点在第1个CMOP时隙广播全网时隙分配消息。主节点周围的一跳节点收到该时隙分配消息后，并非无条件中继转发该时隙分配消息，而是根据该时隙分配消息中的时隙分配信息确定是否存在邻居节点的时隙分配信息。若一跳节点发现有邻居节点在时隙请求时期发送过时隙申请，而在时隙分配信息中不存在该节点的时隙分配信息且超帧长度未达到最大值，则判断邻居节点的时隙请求消息未被正常接收，那么该一跳节点就根据自身拓扑信息确定自身是否满足辅助分配数据时隙条件，若满足，则为传送时隙请求消息失败的邻居节点分配无冲突的数据时隙。分配的思路是：对一跳节点进行排序；其它一跳节点是排序最前的一跳节点的邻居；那么，排序最前的一跳节点把超帧增长，增加的时隙分配给请求时隙失败的邻居节点，或者分配给自己新到来的业务；主节点和其它一跳节点收到排序最前一跳节点广播的时隙分配消息后，根据增长后的超帧进行相应的更新，统一使用增长后的超帧。
本发明提出的“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制的基本操作流程如附图4所示，其主要操作如下：
(1)在下行时隙分配时期(CMOP时期)，主节点首先将网络中各节点的时隙请求消息进行整理，根据各节点的ID、梯度值、邻居关系和时隙请求大小的值，运行分配算法为各节点分配无冲突的时隙。在存储节点ID号、上下行控制时隙和数据时隙(以下简称为时隙分配信息)字段前，对于节点的数据时隙存储，若有节点分配了连续几个数据时隙，则在存储数据时隙分配表时，仅存储数据时隙起始索引号和结束索引号。然后主节点将已为各节点分配好的时隙分配信息按照节点梯度值由小到大进行排序，节点梯度值越小，其时隙分配信息在时隙分配表中的位置越靠前。这样做的好处是：主节点可间接告诉全网节点网络的拓扑情况，而无需使用任何帧字段进行标记，无需增加任何控制开销。若此时主节点发现有已入网节点未申请时隙，而其无法确定此时该节点是发送时隙请求失败还是已脱离其通信范围，则仍将生成的时隙分配信息封装在CMOP帧的时隙分配信息(Slot Allocation Map)字段中，在第1个CMOP时隙广播 CMOP帧。
(2)如果一个节点为普通节点，收到主节点广播发送的CMOP帧后，提取CMOP帧中Frame Control字段(“控制类型”字段)的值，确认该帧是否为CMOP帧。如果是，则取出CMOP帧中Hop Count字段(“梯度值”字段)的值，将梯度值加1后作为本节点的梯度值。同时记录Hop Count字段(“梯度值”字段)和Sender Id字段(“发送节点id”字段)的值，用于建立一跳邻居列表，然后取出Slot Allocation Map字段(“时隙分配信息”字段)，查看自身的时隙分配信息并确定自身CMOP、Data和SMOP的时隙位置。同时，若节点发现该字段中不存在邻居节点的时隙分配信息，则查看该邻居节点是否在SMOP时期发送过时隙申请。若邻居节点在SMOP时期发送过时隙申请而在主节点发送的时隙分配表中不存在其时隙分配信息，则进一步查看CMOP帧中Total Frame Slots字段值是否超过最大时隙数(本方法默认该值为127，可根据实际情况设置)，若否，则可确定该邻居节点未成功发送其时隙请求消息，执行步骤3；否则，结束。
(3)若节点自身CMOP时隙索引号为2，则判断同梯度的节点是否都在自身通信范围内。在CMOP帧的时隙分配表中，由于主节点对CMOP帧的中的时隙分配表按梯度值进行了排序，所以一旦该节点发现其时隙分配位置后是其子节点，则可判断同梯度值的节点都在自身时隙分配位置前。节点在SMOP时期可建立最新的一跳邻居表，若同梯度值的节点都在邻居表中，则表明同梯度值的节点都能收到自己广播发送的消息。若同梯度的节点都在自身通信范围内，则启用一跳节点辅助分配数据时隙机制，执行步骤4；否则，结束。
(4)节点查看邻居节点时隙请求总数和数据时隙最大的索引号j，判断和 NMAX-NTotal的关系(其中NTotal为本帧总时隙数)：
若则将所有剩余时隙数分配给该邻居节点即可。其数据时隙号从 j+1开始，直到最大数据时隙索引号j'＝NMAX-NCMOP-NSMOP-NCP(其中：NCMOP为本帧 CMOP时隙数，NSMOP为本帧SMOP时隙数，NCP为争用时隙数)，Total Frame Slots字段更新为NMAX。
若则说明分配完邻居节点后还有数据时隙剩余，进一步查看邻居节点的子节点时隙请求数重复以上操作。
若发现满足以上条件后还有数据时隙剩余，则查看此时节点自身队列中的数据包数。若发现此时队列中的数据包数和发送时隙请求时刻的数据包数不同，则表明在短时间内自身队列中有新的数据包到来，根据自身时隙数占用所需的数据时隙，同时更新TotalFrame Slots字段。
(5)由于该节点在第2个CMOP时隙广播新的时隙分配信息，仅次于主节点广播的顺序，它的邻居节点都还未广播主节点发送的时隙分配信息，且都能收到其广播的新时隙分配信息，都可以进行新的帧调整。主节点收到该CMOP帧时，查看该帧数据时隙分配信息中是否增加了节点时隙，若是，则表明有一跳节点启用了辅助分配数据时隙机制，其调整本超帧长度；同梯度节点收到该CMOP帧后，若发现该帧时隙分配信息和主节点广播的CMOP帧不相同，则表明同梯度的邻居节点对时隙分配信息进行了调整，则更新其时隙分配信息。
通过以上操作，主节点和一跳邻居节点都统一了时隙分配信息，随着一跳又一跳节点广播 CMOP帧，最终全网节点都获得了时隙分配信息且本超帧长度也保持了一致性。
2.用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧
在现有相关无人机自组网多跳TDMA接入协议中，网络各节点在进行数据传输之前，各节点需要向主节点广播时隙请求消息以申请时隙，该时隙请求消息包含自身和梯度值比自己大的节点的时隙请求消息。节点在申请时隙时，若仅考虑节点自身所需时隙数，而不考虑需要此节点中继转发的时隙数，则不能在下一帧中继转发其他节点发送的数据，增大其他节点的数据时延。而通过节点的邻居节点数的比例或预测需要经过本节点中继转发的数据包数来确定节点总共所需时隙数，存在一定的不准确性。由于时隙申请数取整的操作和数据中继转发的随机性，使得某些节点分配到的数据时隙数多余自身真实所需时隙数，导致时隙资源的浪费。
为了解决上述问题，本发明提出了“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，该新机制的基本思路是：若一个节点分配有数据时隙，则确定自身队列中实际所需数据时隙数是否小于分配的数据时隙数，若满足该条件，则可确定此时自身存在空闲数据时隙；在未到自身发送数据前进行帧体，若听到有邻居节点发送数据帧，并且满足空闲数据时隙足够发送该数据帧和该数据帧的目的节点是自身的邻居节点，则保存该数据帧；若发现该数据帧的目的节点未回复该节点确认帧，则可知邻居节点传送数据帧失败；那么，当前节点在自身时隙到来时，利用空闲的数据时隙发送邻居节点传送失败的数据帧，不改变该数据帧的内容，使目的节点接收成功后向发送数据帧失败的邻居节点回复确认帧；这样，发送数据帧失败的邻居节点无需等到下一帧就能重传该数据帧，从而能够提高时隙利用率，降低数据帧延迟。
本发明提出的“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制的基本操作流程如附图 5所示，其主要操作如下：
为方便描述该机制，假设节点A为发送某data帧的源节点，节点B为该data帧的目的节点，节点C为节点A的邻居节点。
(1)在数据传输时期(Data时期)，若节点C分配有数据时隙，则在发送数据前对自身数据时隙数进行判断：若主节点分配给自己的数据时隙数为Tassign，此时队列数据包真实所需数据时隙数为Treal。若Tassign-Treal>0，则可知自身存在空闲数据时隙。
(2)若此时节点C接收到邻居节点A发送的data帧，则对该data帧进行判断：若Tassign-Treal≥Tdata+TACK且该data帧的目的节点不是自己而是其他节点，则节点C进一步判断该data帧的目的节点是否为自身的一跳邻居节点，若是，则暂存该data帧；否则，丢弃。
(3)节点C侦听该data帧的目的节点B是否回复节点A一个ACK帧或NACK帧，若节点B未回复节点A任何帧或回复NACK帧，则表明节点A发送该data帧失败。若节点A在自身数据时隙成功重传了data帧，则节点B删除暂存的data帧；否则，若节点A已无数据时隙发送该data帧，则节点C一直暂存该data帧直到自身数据时隙的到来。
(4)若节点C在自身数据时隙到来时未侦听到邻居节点A成功发送的data帧，则在自身剩余时隙协作发送该data帧。在发送该data帧时，节点C不改变该data帧的源和目的节点地址字段。若节点B成功收到该data帧，则将回复一个ACK帧，此时由于节点A和C都在节点B的通信范围内，若节点A收到了ACK帧，则可知有邻居节点发送了自己的data帧，无需在下一帧重传该data帧，可发送新的data帧。
(二)本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法主要操作
本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法在运行时包括在下行时隙分配——CMOP和数据传输——Data两个时期内的操作，采用了“一跳节点辅助分配数据时隙”和“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”两种新机制；其中，“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制工作在CMOP时期，“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制工作在Data时期，如附图6所示。下面具体说明各时期内的主要操作。
1.CMOP时期
本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法在CMOP时期的核心操作是节点广播及接收处理CMOP帧，主要步骤如下：
S1:在CMOP时期，如果一个节点为主节点，首先将网络中各节点的时隙请求消息进行整理，将已为各节点分配好的时隙分配信息按照节点梯度值由小到大的顺序进行排列，对于梯度值越小的节点，其时隙分配信息在时隙分配表中存储位置越靠前，最后将生成的时隙分配信息封装在CMOP帧中的Slot Allocation Map字段(“时隙分配信息”字段)，主节点在第一个 CMOP时隙广播CMOP帧。
S2:如果一个节点为普通节点，在本帧收到主节点广播发送的CMOP帧时，则提取CMOP帧中Frame Control字段(“控制类型”字段)的值，确认该帧是否为CMOP帧。如果是，则取出CMOP帧中Hop Count字段(“梯度值”字段)的值，将梯度值加1后作为本节点的梯度值，同时记录Hop Count字段(“梯度值”字段)和Sender Id字段(“发送节点id”字段)的值，用于建立一跳邻居列表。然后取出Slot Allocation Map字段(“时隙分配信息”字段)，根据Total Frame Slots字段(“总时隙数”字段)以及Frame Start Time字段(帧起始时间)字段，计算自身CMOP、Data和SMOP时隙的位置。同时，若节点发现该字段中不存在邻居节点的时隙分配信息，则查看该邻居节点是否在SMOP时期发送过时隙申请。若邻居节点在SMOP 时期发送过时隙申请而在主节点发送的时隙分配表中不存在其时隙分配信息，则进一步查看CMOP帧中Total Frame Slots字段的值NTotal是否超过最大时隙数NMAX(本文默认该值为127)，若否，则可确定该邻居节点未成功发送其时隙请求消息，执行步骤3；否则，结束。
S3:若节点自身CMOP时隙索引号为2，则判断同梯度的节点是否都在自身通信范围内。在 CMOP帧的时隙分配表中，若该节点的时隙分配位置后是其子节点，则可判断同梯度值的节点都在自身时隙分配位置前，节点在SMOP时期可建立最新的一跳邻居表。若同梯度值的节点都在邻居表中，则表明同梯度值的节点都能收到自己广播发送的消息。若同梯度的节点都在自身通信范围内，则启用一跳节点辅助分配数据时隙机制，执行步骤4；否则，结束。
S4:节点查看邻居节点时隙请求总数和数据时隙最大的索引号j，判断和 NMAX-NTotal的关系(其中NTotal为本帧总时隙数)：若则将所有剩余时隙数分配给该邻居节点即可。其数据时隙号从j+1开始，直到最大数据时隙索引号 j'＝NMAX-NCMOP-NSMOP-NCP(其中：NCMOP为本帧CMOP时隙数，NSMOP为本帧SMOP时隙数，NCP为争用时隙数)，Total Frame Slots字段更新为NMAX。若则说明分配完邻居节点后还有数据时隙剩余，进一步查看邻居节点的子节点时隙请求数重复以上操作。若发现满足以上条件后还有数据时隙剩余，则查看此时节点自身队列中的数据包数。若发现此时队列中的数据包数和发送时隙请求时刻的数据包数不同，则表明在短时间内自身队列中有新的数据包到来，根据自身时隙数占用所需的数据时隙，同时更新Total FrameSlots字段。
S5:由于该节点在第2个CMOP时隙广播新的时隙分配信息，仅次于主节点广播的顺序，它的邻居节点都还未广播主节点发送的时隙分配信息，且都能收到其广播的新时隙分配信息，都可以进行新的帧调整。主节点收到该CMOP帧时，查看该帧数据时隙分配信息中是否增加了节点时隙，若是，则表明有一跳节点启用了辅助分配数据时隙机制，其调整本超帧长度；同梯度节点收到该CMOP帧后，若发现该帧时隙分配信息和主节点广播的CMOP帧不相同，则表明同梯度的邻居节点对时隙分配信息进行了调整，则更新其时隙分配信息。
本发明提出的新机制1——“一跳节点辅助分配数据时隙”主要运行在上述步骤中的S2、 S3、S4和S5。
2.Data时期
本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法在Data时期的核心操作是全网节点在属于自己的时隙里发送数据帧，目的节点接收数据帧。主要步骤如下：
S1:在数据Data时期，若节点分配有数据时隙，则在发送数据前对自身数据时隙数进行判断：若主节点分配给自己的数据时隙数为Tassign，此时队列数据包真实所需数据时隙数为Treal。若Tassign-Treal>0，则可知自身存在空闲数据时隙。
S2:若此时该节点接收到其邻居节点发送的data帧，则对该data帧进行判断：若Tassign-Treal≥Tdata+TACK且该data帧的目的节点不是自己而是其他节点，则该节点进一步判断该data帧的目的节点是否为自身的一跳邻居节点，若是，则暂存该data帧；否则，丢弃。
S3:该节点侦听该data帧的目的节点是否回复其邻居节点一个ACK帧或NACK帧，若目的节点未回复其邻居节点任何帧或回复NACK帧，则表明其邻居节点发送该data帧失败。若其邻居节点在自身数据时隙成功重传了data帧，则该节点删除暂存的data帧；否则，若其邻居节点已无数据时隙发送该data帧，则该节点一直暂存该data帧直到自身数据时隙的到来。
S4:若该节点在自身数据时隙到来时未侦听到其邻居节点成功发送的data帧，则在自身剩余时隙辅助发送该data帧。在发送该data帧时，该节点不改变该data帧的源和目的节点地址字段。若目的节点成功收到该data帧，则将回复一个ACK帧，此时由于该节点和其邻居节点都在目的节点的通信范围内，若其邻居节点收到了ACK帧，则可知有邻居节点发送了自己的data帧，无需在下一帧重传该data帧，可发送新的data帧。
本发明提出的新机制2——“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”主要运行在上述步骤中的S1、S2、S3、S6和S7。
3.SMOP时期
在SMOP时期，如果一个节点为普通节点，则计算自身队列缓存的数据包所需时隙数，将自身节点id、梯度值、一跳邻居信息和时隙请求大小封装在SMOP帧中的EgocentricConnectivity graph字段(“ECG聚合信息”字段)，节点根据CMOP时期收到的CMOP帧计算其SMOP时隙的位置，在属于自身的SMOP时隙广播SMOP帧。
(三)本发明的有益效果
本发明提出的“基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法”能够为发送时隙请求消息失败的节点分配无冲突的时隙且不会影响全网节点的时隙分配和超帧长度，减少节点的数据平均时延；在保障节点间正常进行数据传输的前提下，节点利用自身空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧，减少数据帧平均延迟，提高吞吐量和信道利用率。
本发明提出的一跳节点辅助分配数据时隙和用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧两种新机制的有益效果主要来自以下两个方面：
(1)采用“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制后，在下行时隙分配时期，每个节点在广播主节点发送的时隙分配消息时，若除主节点以外的节点发现有节点发送了时隙请求消息但未成功分配有数据时隙时，则可为该节点分配无冲突的时隙且不会影响全网节点的时隙分配和超帧长度。与现有相关无人机自组网多跳TDMA接入方法相比，该机制在保障全网节点能收到各自时隙分配信息和全网帧结构一致的前提下，通过一跳节点辅助分配数据时隙，使原本无法及时传输的数据帧能够及时传输，降低了数据帧延迟；在采用本新机制的超帧中，提高了数据传输时期所占比例，从而提高了网络吞吐量和信道利用率。
(2)采用“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制后，在数据传输时期，节点若发现自身存在空闲的数据时隙，则可在自身的数据时隙传输其他节点发送失败的数据帧，使得发送该数据帧失败的节点在下一帧可发送新的数据，无需再次重传该数据帧。与现有相关无人机自组网多跳TDMA接入方法相比，该机制在保证节点间正常进行数据传输的前提下，节点通过使用自身存在的空闲数据时隙辅助发送邻居节点传输失败的数据帧，降低了数据帧的平均延迟，提高了网络吞吐量和信道利用率。
附图说明
附图1为无人机应用场景示意图。
无人机应用在环境监测、中继网络、交通农业管理和灾害救援等领域。
附图2为无人机自组网多跳场景示意图。
网络中有一个主节点，其余为普通节点，网络跳数为多跳。
附图3为BiPi-MAC方法时帧结构示意图。
BiPi-MAC方法包含三个时期：CMOP(Centralized-Map Offering Packet)时期、Data时期和SMOP(Slot-Map Organizing Packet)时期。
附图4为“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制的基本操作流程图。
“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制的基本思路是主节点周围的一跳节点为未成功发送时隙请求消息的节点分配无冲突的数据时隙，减少数据平均时延，提高网络吞吐量。
附图5为“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制的基本操作流程图。
“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制的主要思路是节点利用自身存在的空闲数据时隙辅助发送其他节点传输失败的数据帧，减少节点数据时延，提高信道利用率。
附图6为本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法的组成示意图。
本发明提出基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法运行时包括在下行时隙分配时期和数据传输时期两个时期内的操作，采用了“一跳节点辅助分配数据时隙”和“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”两种新机制。
具体实施方式
在无人机自组网网络场景中，无人机节点数不超过30个，其中有1个节点为主节点，各节点处于随机移动状态，每个节点是数据业务的源节点，主节点是侦测数据的目的节点，控制命令数据的目的是各节点；每个节点配备有GPS，节点id号唯一；每个节点在信道的通信方式为半双工通信，采用全向天线；网络中每个节点都运行本发明提出的基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入方法。
一种具体的设置如下：
·CMOP时期一个CMOP时隙长度＝1ms。
·SMOP时期和Data时期一个时隙长度＝1ms。
·每个节点移动速度为20m/s-100m/s。
·每个节点通信范围为500m。
本发明提出基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳TDMA接入新方法，其运行时主要在CMOP时期和Data时期两个时期的操作，具体实施方式如下：
1.CMOP时期实施方式
(1)主节点的主要操作
ES1:主节点首先将网络中各节点的时隙请求消息进行整理，根据各节点的ID、梯度值、邻居关系和时隙请求大小的值，运行分配算法为各节点分配无冲突的时隙。在存储节点ID号、上下行控制时隙和数据时隙(以下简称为时隙分配信息)字段前，对于节点的数据时隙存储，若有节点分配了连续几个数据时隙，则在存储数据时隙分配表时，仅存储数据时隙起始索引号和结束索引号。然后主节点将已为各节点分配好的时隙分配信息按照节点梯度值由小到大进行排序，节点梯度值越小，其时隙分配信息在时隙分配表中的位置越靠前。
ES2:主节点将生成的时隙分配信息封装在CMOP帧的时隙分配信息(SlotAllocation Map) 字段中，在第1个CMOP时隙广播CMOP帧。
ES3:若主节点收到其他节点广播发送的CMOP帧时，则提取CMOP帧中FrameControl字段(“控制类型”字段)的值，确认该帧是否为CMOP帧，如果是，取出并记录HopCount字段(“梯度值”字段)和Sender Id字段(“发送节点id”字段)的值，用于建立一跳邻居列表。
ES4:若主节点收到CMOP帧时，发现数据帧中的数据时隙分配信息中增加了节点时隙，则可知有一跳节点启用了辅助分配数据时隙机制，其调整本超帧长度。
(2)普通节点的主要操作
ES1:普通节点收到主节点广播发送的CMOP帧后，提取CMOP帧中Frame Control字段(“控制类型”字段)的值，确认该帧是否为CMOP帧。如果是，则取出CMOP帧中Hop Count字段(“梯度值”字段)的值，将梯度值加1后作为本节点的梯度值。同时记录Hop Count字段(“梯度值”字段)和Sender Id字段(“发送节点id”字段)的值，用于建立一跳邻居列表，然后取出Slot Allocation Map字段(“时隙分配信息”字段)，查看自身的时隙分配信息并确定自身CMOP、Data和SMOP的时隙位置。
ES2:若普通节点发现时隙分配信息字段中不存在邻居节点的时隙分配信息，则查看该邻居节点是否在SMOP时期发送过时隙申请。若邻居节点在SMOP时期发送过时隙申请而在主节点发送的时隙分配表中不存在其时隙分配信息，则进一步查看CMOP帧中TotalFrame Slots字段值是否超过最大时隙数(本方法默认该值为127，可根据实际情况设置)，若否，则可确定该邻居节点未成功发送其时隙请求消息，执行步骤3；否则，结束。
ES3:若该普通节点自身CMOP时隙索引号为2，则判断同梯度的节点是否都在自身通信范围内。在CMOP帧的时隙分配表中，由于主节点对CMOP帧的中的时隙分配表按梯度值进行了排序，所以一旦该节点发现其时隙分配位置后是其子节点，则可判断同梯度值的节点都在自身时隙分配位置前。节点在SMOP时期可建立最新的一跳邻居表，若同梯度值的节点都在邻居表中，则表明同梯度值的节点都能收到自己广播发送的消息。若同梯度的节点都在自身通信范围内，则启用一跳节点辅助分配数据时隙机制，执行步骤4；否则，结束。
ES4:普通节点查看邻居节点时隙请求总数和数据时隙最大的索引号j，判断和 NMAX-NTotal的关系(其中NTotal为本帧总时隙数)：若则将所有剩余时隙数分配给该邻居节点即可。其数据时隙号从j+1开始，直到最大数据时隙索引号j'＝NMAX-NCMOP-NSMOP-NCP(其中：NCMOP为本帧CMOP时隙数，NSMOP为本帧SMOP时隙数，NCP为争用时隙数)，Total Frame Slots字段更新为NMAX；若则说明分配完邻居节点后还有数据时隙剩余，进一步查看邻居节点的子节点时隙请求数重复以上操作。若发现满足以上条件后还有数据时隙剩余，则查看此时节点自身队列中的数据包数。若发现此时队列中的数据包数和发送时隙请求时刻的数据包数不同，则表明在短时间内自身队列中有新的数据包到来，根据自身时隙数占用所需的数据时隙，同时更新Total FrameSlots字段。
ES5:如果一个节点为普通节点，收到该CMOP帧后，若发现该帧时隙分配信息和主节点广播的CMOP帧不相同，则表明同梯度的邻居节点对时隙分配信息进行了调整，则更新其时隙分配信息。
2.Data时期实施方式
ES1:若节点分配有数据时隙，则在发送数据前对自身数据时隙数进行判断：若主节点分配给自己的数据时隙数为Tassign，此时队列数据包真实所需数据时隙数为Treal。若Tassign-Treal>0，则可知自身存在空闲数据时隙。
ES2:若此时该节点接收到其邻居节点发送的data帧，则对该data帧进行判断：若Tassign-Treal≥Tdata+TACK且该data帧的目的节点不是自己而是其他节点，则该节点进一步判断该data帧的目的节点是否为自身的一跳邻居节点，若是，则暂存该data帧；否则，丢弃。
ES3:该节点侦听该data帧的目的节点是否回复其邻居节点一个ACK帧或NACK帧，若目的节点未回复其邻居节点任何帧或回复NACK帧，则表明其邻居节点发送该data帧失败。若其邻居节点在自身数据时隙成功重传了data帧，则该节点删除暂存的data帧；否则，若其邻居节点已无数据时隙发送该data帧，则该节点一直暂存该data帧直到自身数据时隙的到来。
ES4:若该节点在自身数据时隙到来时未侦听到其邻居节点成功发送的data帧，则在自身剩余时隙协作发送该data帧。在发送该data帧时，该节点不改变该data帧的源和目的节点地址字段。若目的节点成功收到该data帧，则将回复一个ACK帧，此时由于该节点和其邻居节点都在目的节点的通信范围内，若其邻居节点收到了ACK帧，则可知有邻居节点发送了自己的data帧，无需在下一帧重传该data帧，可发送新的data帧。
3.SMOP时期实施方式
(1)主节点的主要操作
ES1:如果主节点收到其他节点广播发送的SMOP帧，则取出Frame Control字段(“控制类型”字段)的值，确认该帧是否为SMOP帧，如果是，则取出EgocentricConnectivity graph 字段(“ECG聚合信息”字段)的值；否则，丢弃该帧。
ES2:主节点根据SMOP帧中Egocentric Connectivity graph字段(“ECG聚合信息”字段)的值，统计各节点的id、梯度值、一跳邻居信息和时隙分配信息，生成全网拓扑图，根据调度算法生成时隙分配信息。
(2)普通节点的主要操作
ES1:如果节点为普通节点，则计算自身队列缓存的数据包所需时隙数，将自身节点id、梯度值、一跳邻居信息和时隙请求大小封装在Egocentric Connectivity graph字段(“ECG 聚合信息”字段)中。
ES2:如果节点为普通节点，则在自身的SMOP时隙广播SMOP帧。

Claims (1)

1.基于时隙辅助分配和使用的无人机自组网多跳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“一跳节点辅助分配数据时隙”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“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制，首先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，若节点发现该字段中不存在邻居节点的时隙分配信息，则查看该邻居节点是否在SMOP时期发送过时隙申请；若邻居节点在SMOP时期发送过时隙申请而在主节点发送的时隙分配表中不存在其时隙分配信息，则进一步查看CMOP帧中Total Frame Slots字段值是否超过最大时隙数NMAX(本方法默认该值为127，可根据实际情况设置)，若否，则可确定该邻居节点未成功发送其时隙请求消息，执行下一步骤；否则，结束；
S122:若节点自身CMOP时隙索引号为2，则判断同梯度的节点是否都在自身通信范围内；在CMOP帧的时隙分配表中，由于主节点对CMOP帧的中的时隙分配表按梯度值进行了排序，所以一旦该节点发现其时隙分配位置后是其子节点，则可判断同梯度值的节点都在自身时隙分配位置前；节点在SMOP时期可建立最新的一跳邻居表，若同梯度值的节点都在邻居表中，则表明同梯度值的节点都能收到自己广播发送的消息；若同梯度的节点都在自身通信范围内，则运行“一跳节点辅助分配数据时隙”机制，执行下一步骤；否则，结束；
S123:节点查看邻居节点时隙请求总数和数据时隙最大的索引号j，判断和NMAX-NTotal的关系(其中NTotal为本帧总时隙数)：若则将所有剩余时隙数分配给该邻居节点即可；若则说明分配完邻居节点后还有数据时隙剩余，进一步查看邻居节点的子节点时隙请求数重复以上操作；若发现满足以上条件后还有数据时隙剩余，则根据自身时隙数占用所需的数据时隙，同时更新TotalFrame Slots字段；
S124:同梯度节点收到该CMOP帧后，若发现该帧时隙分配信息和主节点广播的CMOP帧不相同，则表明同梯度的邻居节点对时隙分配信息进行了调整，则根据“一跳节点辅助分配数据时隙”新机制更新其时隙分配信息；
S2:所述Data时期，用于全网节点在分配给自身的时隙里发送数据帧和目的节点接收数据帧，本时期运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，本时期运行过程和新机制具体实现过程如下：
S21:节点运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，判断自身是否存在空闲数据时隙；若主节点分配给自己的数据时隙数为Tassign，此时队列数据包真实所需数据时隙数为Treal；若Tassign-Treal＞0，则可知自身存在空闲数据时隙；
S22:节点接收其他节点发送的数据帧，并判断发送数据帧的节点是否成功发送数据帧，若是，则丢弃该数据帧；否则，运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，判断存在的空闲数据时隙是否足够发送该数据帧；
S23:若Tassign-Treal≥Tdata+TACK且该data帧的目的节点不是自己而是其他节点，则该节点进一步判断该data帧的目的节点是否为自身的一跳邻居节点，若是，则暂存该data帧；否则，丢弃；
S24:若该节点在自身数据时隙到来时未侦听到其邻居节点成功发送该数据帧，则运行“用空闲数据时隙辅助邻居节点发送数据帧”新机制，在自身空闲时隙辅助发送该数据帧且不改变该数据帧的源和目的节点地址字段；
S25:若目的节点成功收到该数据帧，则回复一个ACK帧，此时由于该节点和其邻居节点都在目的节点的通信范围内，若其邻居节点收到了ACK帧，则可知有邻居节点发送了自己的数据帧，无需在下一帧重传该数据帧，可发送新的数据帧；
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申请时隙。
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