CN114828267B - 一种无人机集群组网的资源调度方法 - Google Patents

一种无人机集群组网的资源调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114828267B
CN114828267B CN202210732476.9A CN202210732476A CN114828267B CN 114828267 B CN114828267 B CN 114828267B CN 202210732476 A CN202210732476 A CN 202210732476A CN 114828267 B CN114828267 B CN 114828267B
Authority
CN
China
Prior art keywords
network
node
time
swarm
frequency resource
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210732476.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114828267A (zh
Inventor
孔雅
王仁智
何志明
刘建梁
韩杰
张曈
吴江波
瞿志刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Xunlian Technology Co ltd
Original Assignee
Tianjin Xunlian Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Xunlian Technology Co ltd filed Critical Tianjin Xunlian Technology Co ltd
Priority to CN202210732476.9A priority Critical patent/CN114828267B/zh
Publication of CN114828267A publication Critical patent/CN114828267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114828267B publication Critical patent/CN114828267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18502—Airborne stations
    • H04B7/18506—Communications with or from aircraft, i.e. aeronautical mobile service
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
    • H04W16/10—Dynamic resource partitioning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0453—Resources in frequency domain, e.g. a carrier in FDMA
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/20—Control channels or signalling for resource management
    • H04W72/23—Control channels or signalling for resource management in the downlink direction of a wireless link, i.e. towards a terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供了一种无人机集群组网的资源调度方法，包括标准消息帧，每个所述标准消息帧包含1个控制信令时隙和4个业务消息时隙，每50个标准消息帧构成1个时帧，蜂群网络依据标准消息帧执行蜂群网络的时频资源再分配和蜂群网络节点随机入网/退网。本发明所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，该方法能有效解决蜂群网络随着入网节点数量增加导致网络节点业务速率降低和数据传输延时增加的问题，通过蜂群网络的时频资源再分配和随机入网/退网，增强蜂群网络的鲁棒性和传输效率。

Description

一种无人机集群组网的资源调度方法
技术领域
本发明属于无人机的蜂群组网资源调度技术领域，尤其是涉及一种无人机集群组网的资源调度方法。
背景技术
蜂群是通过将低成本、分布式的无人机构成大规模集群，可完成编队集结、目标动态调整、巡航待命、协同控制、区域勘察和中继通信等复杂任务。集群组网通信链路能够较好的将无人机的位置参量、感知频谱、态势感知和飞行参数等各种信息进行数据交互共享，进而提高蜂群的多样性、抗毁性和灵活性。
蜂群网络中为保证无人机之间正常通信，需要为无人机提供灵活多变的组网方法。这样无人机可以在网络拓扑关系变化、业务需求变更和信道环境复杂等情况下的正常通信需求。
目前无人机的蜂群组网方法主要如下：基于LTE-A基带模块的基带-终端的有中心组网方式，采用该方式的蜂群网络中需要确定一个中心节点类似于基站eNB，其他从节点类似于终端UE。从节点通过接收中心节点的系统信息MIB和SIB，然后在特定时间向中心节点发送入网申请，从节点可通过竞争入网和非竞争入网两种方式，其多址方式主要采用OFDMA；另一种，对于入网节点数较少的蜂群网络，多采用TDMA和FDMA的多址方式。与采用LTE-A基带模块组网方式不同的是，采用TDMA或FDMA的多址方式均采用单载波调制方式，其射频前端体积和功耗均要小于采用OFDMA的多址方式，但蜂群网络全网带宽和入网节点数量将严格受限。
在上述过程中，组网方式均需要中心节点来处理蜂群从节点的时频资源调度和数据中继转发。组网拓扑关系单一，随着入网节点增加后，各节点业务速率将随之降低，与此同时，各端口的空口传输时延也随之增加。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种无人机集群组网的资源调度方法，以解决应蜂群节点因角色变换、任务更改带来的时频资源动态再分配；解决蜂群节点因势而动带来的节点随遇接入、相机退出问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无人机集群组网的资源调度方法，包括以下步骤：
S1、蜂群网络包括标准消息帧，每个所述标准消息帧包含1个控制信令时隙和4个业务消息时隙，每50个标准消息帧构成1个时帧；
S2、蜂群网络依据标准消息帧执行蜂群网络的时频资源再分配和蜂群网络节点随机入网/退网，所述蜂群网络的时频资源再分配包括待入网节点时频资源分配和网络节点时频资源再分配，所述蜂群网络节点随机入网/退网包括蜂群中心申请入网、非蜂群中心申请入网、蜂群网络节点主动退网和蜂群网络节点被动退网；
S3、判断待入网节点位置与蜂群中心节点是否通信成功，是，则执行蜂群中心申请入网，并进入步骤S4，且蜂群中心申请入网与步骤S4同时执行；否，则执行非蜂群中心申请入网后，进入步骤S6；
S4、蜂群网络依据标准消息帧执行待入网节点时频资源分配；
S5、判断网络节点的时频资源是否满足业务传输需求，是，则进入步骤S7；否，则执行网络节点时频资源再分配，并进入步骤S6；
S6、判断网络节点的时频资源是否过剩，是，则执行网络节点时频再分配回退流程；否，则进入步骤S7；
S7、蜂群网络判断网络节点是否需要主动退网，是，则执行蜂群网络节点主动退网；否，则进入步骤S8；
S8、蜂群网络判断网络节点是否需要被动退网，是，则执行蜂群网络节点被动退网；否，则，进入结束状态。
进一步的，在步骤S4中的所述待入网节点时频资源分配包括以下步骤：
A1、所述待入网节点时频资源分配的入网方式包括竞争型入网、非竞争型入网，判断入网方式是否为非竞争型入网，是，则进入步骤A4，否，则蜂群中心节点的接入控制层周期发送网络资源管理信息给无人机的待入网节点；
A2、待入网节点搜索入网同步信息和申请入网节点号给蜂群中心节点的接入控制层；
A3、待入网节点检测到入网信息，完成入网信息同步后，直接进入步骤A5；
A4、待入网节点向蜂群中心节点的接入控制层提交入网申请；
A5、蜂群中心节点的接入控制层接收到入网申请后向蜂群中心节点的目录服务层发送用户身份认证，分配时频资源；
A6、蜂群中心节点的接入控制层向待入网节点分配时频资源；
A7、待入网节点接收到时频资源后向蜂群中心节点的接入控制层反馈用户接入信息；
A8、蜂群中心节点的接入控制层将用户时频资源信息更新至蜂群中心节点的目录服务层；
A9、蜂群中心节点的接入控制层将更新后的用户时频资源发送给待入网节点。
进一步的，在步骤S5中的所述网络节点时频资源再分配包括以下步骤：
B1、无人机根据当前业务传输状态与时频资源进行分析；
B2、无人机推算时频资源申请信息；
B3、无人机向蜂群中心节点的接入控制层提交时频资源申请；
B4、蜂群中心节点的接入控制层接收时频资源申请后，向蜂群中心节点的目录服务层申请时频资源核对，蜂群中心节点的目录服务层接收到核对申请后判断申请时频资源与蜂群中心节点的时频资源表是否有冲突，是，则进入步骤B5，否则进入步骤B10；
B5、蜂群中心节点的目录服务层驳回时频资源申请至蜂群中心节点的接入控制层；
B6、蜂群中心节点的接入控制层将驳回申请和重发时频资源信息发送至无人机；
B7、无人机重新推算时频资源申请信息；
B8、无人机向蜂群中心节点的接入控制层重新提交时频资源申请；
B9、蜂群中心节点的接入控制层接收时频资源申请后，向蜂群中心节点的目录服务层申请时频资源核对，蜂群中心节点的目录服务层接收到核对申请后判断申请时频资源与蜂群中心节点的时频资源表是否有冲突，是，则返回步骤B5，否则进入步骤B10；
B10、蜂群中心节点的目录服务层向蜂群中心节点的接入控制层发送批准时频资源申请和网络参数更新；
B11、蜂群中心节点的接入控制层将用于网络参数更新至无人机。
进一步的，在步骤S6中的所述网络节点时频再分配回退流程包括以下步骤：
C1、无人机根据当前业务传输状态与时频资源进行分析；
C2、无人机推算时频资源回退信息；
C3、无人机向蜂群中心节点的接入控制层提交时频资源回退信息；
C4、蜂群中心节点的接入控制层接收回退时频资源信息，并发送给蜂群中心节点的目录服务层；
C5、蜂群中心节点的目录服务层向蜂群中心节点的接入控制层批准时频资源回退，并更新网络参数；
C6、蜂群中心节点的接入控制层将用于网络参数更新至无人机。
进一步的，在步骤S3中的所述非蜂群中心申请入网的入网方式包括待入网节点能接收蜂群中心信号和待入网节点不能接收蜂群中心信号，所述待入网节点能接收蜂群中心信号包括以下步骤：
D1、待入网节点接收多个入网节点信号；
D2、待入网节点分析多个入网节点的接收信号强度和业务承载强度；
D3、待入网节点分析后选择其中一个入网节点作为入网申请节点；
D4、入网申请节点向蜂群中心节点发送入网申请和时频资源申请；
D5、入网申请节点分析业务速率和时频资源；
D6、入网申请节点判断入网申请节点的时频资源是否满足分享给待入网节点；是，则进入步骤S6；否，则向蜂群中心节点申请时隙再分配，并将申请的时频资源发送给待入网节点；
D7、蜂群中心节点接收入网申请和校对，更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点通过入网申请节点完成入网。
进一步的，所述待入网节点不能接收蜂群中心信号包括以下步骤：
E1、待入网节点监听多个入网节点信号业务消息时隙的同步帧和时隙编号；
E2、待入网节点完成自身时钟与蜂群网络的粗同步，并确定消息帧起始时间T0；待入网节点分析多个入网节点接收信号强度和业务承载强度；
E3、待入网节点分析后选择其中一个入网节点作为入网申请节点；
E4、待入网节点在控制信令时隙随机入网时刻向入网申请节点发送入网申请；
E5、入网申请节点在接收到待入网节点的入网申请和入网认证后；将其业务消息时隙向蜂群中心节点发送时频资源再分配和时频资源表；
E6、入网申请节点在接收到蜂群中心节点反馈的时频资源表后，将新申请的时频资源更改为待入网节点，并更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点通过入网申请节点完成入网。
进一步的，在步骤S7中的所述蜂群网络节点主动退网时，网络节点向蜂群中心节点回退所有时频资源，并保持信道监听状态。
进一步的，在步骤S8中的所述蜂群网络节点被动退网包括以下步骤：
F1、判断蜂群网络内的网络节点是否长时间接收单个网络节点在其相应的控制信令时隙内发送的信号；
F2、是，则蜂群中心节点判定单个网络节点已退网，将单个网络节点的时频资源回收，并更新蜂群网络用户时频资源表；
F3、否，则进入结束状态。
相对于现有技术，本发明所述的一种无人机集群组网的资源调度方法具有以下优势：
（1）本发明所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，该方法能有效解决蜂群网络随着入网节点数量增加导致网络节点业务速率降低和数据传输延时增加的问题，通过蜂群网络的时频资源再分配和随机入网/退网，增强蜂群网络的鲁棒性和传输效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的待入网节点时频分配流程示意图；
图2为本发明实施例所述的已入网节点时频再分配申请流程示意图；
图3为本发明实施例所述的已入网节点时频再分配回退流程示意图；
图4为本发明实施例所述的待入网节点能接收蜂群中心信号的非蜂群中心入网方式示意图；
图5为本发明实施例所述的待入网节点不能接收蜂群中心信号的非蜂群中心入网方式示意图；
图6为本发明实施例所述的标准消息帧示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图6所示，一种无人机集群组网的资源调度方法，包括以下步骤：
S1、蜂群网络包括标准消息帧，每个所述标准消息帧包含1个控制信令时隙和4个业务消息时隙，每50个标准消息帧构成1个时帧；
S2、蜂群网络依据标准消息帧执行蜂群网络的时频资源再分配和蜂群网络节点随机入网/退网，所述蜂群网络的时频资源再分配包括待入网节点时频资源分配和网络节点时频资源再分配，所述蜂群网络节点随机入网/退网包括蜂群中心申请入网、非蜂群中心申请入网、蜂群网络节点主动退网和蜂群网络节点被动退网；
S3、判断待入网节点位置与蜂群中心节点是否通信成功，是，则执行蜂群中心申请入网，并进入步骤S4，且蜂群中心申请入网与步骤S4同时执行；否，则执行非蜂群中心申请入网后，进入步骤S6，所述待入网节点时频资源分配和蜂群中心申请入网原理相同，待入网节点时频资源分配是待入网节点向一个蜂群中心节点申请入网，以图4为例，待入网节点Nd向蜂群中心节点Cd0提出申请；蜂群中心申请入网是一个蜂群中心节点向另一个蜂群中心节点申请入网，以图4为例，蜂群中心节点Cd0向蜂群中心节点Ce0提出申请；
S4、蜂群网络依据标准消息帧执行待入网节点时频资源分配；在本步骤待入网节点入网成功后已转化为已入网节点，即步骤S5中的网络节点；
S5、判断网络节点的时频资源是否满足业务传输需求，是，则进入步骤S7；否，则执行网络节点时频资源再分配，并进入步骤S6；
S6、判断网络节点的时频资源是否过剩，是，则执行网络节点时频再分配回退流程；否，则进入步骤S7；
S7、蜂群网络判断网络节点是否需要主动退网，是，则执行蜂群网络节点主动退网；否，则进入步骤S8；
S8、蜂群网络判断网络节点是否需要被动退网，是，则执行蜂群网络节点被动退网；否，则，进入结束状态。
本资源调度方法，该方法能有效解决蜂群网络随着入网节点数量增加导致网络节点业务速率降低和数据传输延时增加的问题，通过蜂群网络的时频资源再分配和随机入网/退网，增强蜂群网络的鲁棒性和传输效率。
在本实施例里，一方面，提出一种蜂群网络的时频资源再分配的方法。
蜂群网络的时频资源再分配主要目的是为决定哪些入网节点可以得到何种资源，即决定每个用户的时隙位置、工作频点和发射功率。
一般而言，蜂群网络的时频资源随入网节点数量增加，各节点获得的时频资源减少。本发明提出一种弹性封装的标准消息帧，每个标准消息帧包含1个控制信令时隙和4个业务消息时隙，每50个标准消息帧构成1个时帧，即每个时帧长1s。
控制信令时隙主要用于网络参考时钟、紧急信息、随机入网、随机入网响应、系统信息等网络管理及紧急信息处理，业务消息时隙主要用于各蜂群子节点数据业务收发。
在步骤S4中的所述待入网节点时频资源分配包括以下步骤：
A1、所述待入网节点时频资源分配的入网方式包括竞争型入网、非竞争型入网，判断入网方式是否为非竞争型入网，是，则进入步骤A4，否，则蜂群中心节点的接入控制层周期发送网络资源管理信息给无人机的待入网节点；
A2、待入网节点搜索入网同步信息和申请入网节点号给蜂群中心节点的接入控制层；
A3、待入网节点检测到入网信息，完成入网信息同步后，直接进入步骤A5；
A4、待入网节点向蜂群中心节点的接入控制层提交入网申请；
A5、蜂群中心节点的接入控制层接收到入网申请后向蜂群中心节点的目录服务层发送用户身份认证，分配时频资源；
A6、蜂群中心节点的接入控制层向待入网节点分配时频资源；
A7、待入网节点接收到时频资源后向蜂群中心节点的接入控制层反馈用户接入信息；
A8、蜂群中心节点的接入控制层将用户时频资源信息更新至蜂群中心节点的目录服务层；
A9、蜂群中心节点的接入控制层将更新后的用户时频资源发送给待入网节点。
在本实施例里，蜂群网络的时频资源再分配主要包括待入网节点时频资源分配和网络节点时频资源再分配。
待入网节点时频资源分配。操作流程如图1所示，待入网节点在解析网络参考时钟和系统信息后，首先蜂群网络时钟同步，然后在控制信令时隙向网络提交入网申请，蜂群中心对入网申请进行身份认证。确认入网节点符合要求后，将空余时频资源按需分配给待入网节点，更新时频资源表并在下一个控制信令时隙公布时频资源表，待入网节点接收到时频资源表后，更新用户网络参数表，待入网节点时频分配完成。
在步骤S5中的所述网络节点时频资源再分配包括以下步骤：
B1、无人机根据当前业务传输状态与时频资源进行分析；
B2、无人机推算时频资源申请信息；
B3、无人机向蜂群中心节点的接入控制层提交时频资源申请；
B4、蜂群中心节点的接入控制层接收时频资源申请后，向蜂群中心节点的目录服务层申请时频资源核对，蜂群中心节点的目录服务层接收到核对申请后判断申请时频资源与蜂群中心节点的时频资源表是否有冲突，是，则进入步骤B5，否则进入步骤B10；
B5、蜂群中心节点的目录服务层驳回时频资源申请至蜂群中心节点的接入控制层；
B6、蜂群中心节点的接入控制层将驳回申请和重发时频资源信息发送至无人机；
B7、无人机重新推算时频资源申请信息；
B8、无人机向蜂群中心节点的接入控制层重新提交时频资源申请；
B9、蜂群中心节点的接入控制层接收时频资源申请后，向蜂群中心节点的目录服务层申请时频资源核对，蜂群中心节点的目录服务层接收到核对申请后判断申请时频资源与蜂群中心节点的时频资源表是否有冲突，是，则返回步骤B5，否则进入步骤B10；
B10、蜂群中心节点的目录服务层向蜂群中心节点的接入控制层发送批准时频资源申请和网络参数更新；
B11、蜂群中心节点的接入控制层将用于网络参数更新至无人机。
在本实施例里，网络节点时频资源再分配。举例说明，蜂群网络节点Nd到任务区域后，打开图像采集传感器，该节点需要将采集到的图像数据传输给地面监控站，当前的时频资源不再满足业务传输需求。网络节点Nd调度器对图像数据吞吐速率、优先等级和传输延时进行计算后，根据时频资源表计算出申请时频信息，等到该节点发送时隙到来时，将申请信息发送至蜂群网络。蜂群网络中心节点在收到网络节点Nd的时频资源申请信息时，根据自身时频资源表进行核对。如申请时频资源与中心节点的时频资源表无冲突，即在下一个控制信令时隙将审批通过信息发送给节点Nd和更新时隙资源表并广播，若Nd节点申请的时频资源申请信息与自身时频资源表有冲突，蜂群网络中心节点将在下一控制信令时隙向节点Nd发送驳回信息，并广播中心节点的时频资源表，节点Nd在接收到中心节点的时频资源表信息后，重新计算时频申请信息，在下一个节点Nd的时隙重新发送时频再分配申请，申请流程如图2所示。
在步骤S6中的所述网络节点时频再分配回退流程包括以下步骤：
C1、无人机根据当前业务传输状态与时频资源进行分析；
C2、无人机推算时频资源回退信息；
C3、无人机向蜂群中心节点的接入控制层提交时频资源回退信息；
C4、蜂群中心节点的接入控制层接收回退时频资源信息，并发送给蜂群中心节点的目录服务层；
C5、蜂群中心节点的目录服务层向蜂群中心节点的接入控制层批准时频资源回退，并更新网络参数；
C6、蜂群中心节点的接入控制层将用于网络参数更新至无人机。
在本实施例里，当蜂群网络节点Nd完成图像数据采集任务后，将关闭图像采集传感器，该节点的时频资源过剩。网络节点Nd调度器对现有业务数据的吞吐速率、优先等级和传输延时进行分析后，根据时频资源表计算出回退时频信息，等到该节点发送时隙的到来时，将申请信息发送至蜂群网络。蜂群网络中心节点在接收到网络节点Nd的时频资源退回信息时，更换时频资源表并广播。时频资源回退流程如图3所示。
特别需要注意的是，时隙动态分配的蜂群中心节点可选择蜂群网络任意节点，蜂群中心节点通过蜂群网络节点的链路参数等信息根据贪婪算法得出。蜂群中心仅承担网络状态管理职责，即监管网络节点入网/退网、资源再分配、参考基准时间广播等网络管理。在传输业务消息时与蜂群网络其他节点相同，不承担数据传输中心职责。
在步骤S3中的所述非蜂群中心申请入网的入网方式包括待入网节点能接收蜂群中心信号和待入网节点不能接收蜂群中心信号，所述待入网节点能接收蜂群中心信号包括以下步骤：
D1、待入网节点接收多个入网节点信号；
D2、待入网节点分析多个入网节点的接收信号强度和业务承载强度；
D3、待入网节点分析后选择其中一个入网节点作为入网申请节点；
D4、入网申请节点向蜂群中心节点发送入网申请和时频资源申请；
D5、入网申请节点分析业务速率和时频资源；
D6、入网申请节点判断入网申请节点的时频资源是否满足分享给待入网节点；是，则进入步骤S6；否，则向蜂群中心节点申请时隙再分配，并将申请的时频资源发送给待入网节点；
D7、蜂群中心节点接收入网申请和校对，更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点通过入网申请节点完成入网。
所述待入网节点不能接收蜂群中心信号包括以下步骤：
E1、待入网节点监听多个入网节点信号业务消息时隙的同步帧和时隙编号；
E2、待入网节点完成自身时钟与蜂群网络的粗同步，并确定消息帧起始时间T0；待入网节点分析多个入网节点接收信号强度和业务承载强度；
E3、待入网节点分析后选择其中一个入网节点作为入网申请节点；
E4、待入网节点在控制信令时隙随机入网时刻向入网申请节点发送入网申请；
E5、入网申请节点在接收到待入网节点的入网申请和入网认证后；将其业务消息时隙向蜂群中心节点发送时频资源再分配和时频资源表；
E6、入网申请节点在接收到蜂群中心节点反馈的时频资源表后，将新申请的时频资源更改为待入网节点，并更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点通过入网申请节点完成入网。
在本实施例里，蜂群网络节点随机入网/退网主要包括蜂群中心申请入网、非蜂群中心申请入网、蜂群网络节点主动退网和蜂群网络节点被动退网，蜂群中心申请入网与前面所述待入网时频分配申请同时进行，在此不再阐述。
非蜂群中心申请入网。在蜂群组网时，可能会出现待入网节点位置与蜂群中心节点通信失败的问题，比如蜂群中心接收不到待入网节点申请入网消息和待入网节点接收不到蜂群中心发送的时频资源信息。在多次向蜂群中心入网申请没得到批准后，待入网节点向附近节点发出入网申请，这种入网申请方式称之为非蜂群中心申请。非蜂群中心申请入网包括待入网节点能接收蜂群中心信号和待入网节点不能接收蜂群中心信号两种。
对于第一种情形，待入网节点Nd接收到蜂群中心节点Cd0发出的参考基准时钟和时频资源表，完成自身系统时钟同步。节点Nd根据时频资源表计算出申请入网节点号和时频资源，在控制信令时隙发送入网申请后，开始监听蜂群中心随机入网响应消息，当监听随机入网响应消息超时时，判定蜂群中心入网方式失败。节点Nd将申请入网方式转为非蜂群中心申请入网方式，此时开始监听蜂群网络节点发送信号，如图4所示，待入网节点Nd可以接收到Nd3、Nd4、Nd5和Nd6节点信号。然后分析这4个节点接收信号强度和业务承载强度，选择节点Nd4作为入网申请节点发送入网申请和时频资源申请，申请流程如图1。节点Nd4在接收到待入网节点Nd的申请后，分析当前业务速率和时频资源，当前本节点时频资源不能满足分享给待入网节点Nd。开始向蜂群中心申请时隙再分配，操作流程如图2类似，只是申请的时频资源是给待入网节点Nd。同理，蜂群中心接收入网申请和校对，更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点Nd通过节点Nd4完成入网。
对于第二种情形，待入网节点Nd接收不到蜂群中心的参考基准时钟和时频资源表，此时待入网节点Nd无法从蜂群中心获取时钟同步信息和时频资源表。待入网节点无法确定发送入网申请时间，此时只能通过蜂群网络其他节点申请入网。首先，待入网节点通过监听蜂群网络节点发送的信号，如图5所示，待入网节点可接收到Nd3、Nd4、Nd5和Nd6节点信号，通过监听这4个节点的业务消息时隙的同步帧和时隙编号后，完成自身时钟与蜂群网络的粗同步和确定消息帧起始时间T0。然后通过分析这4个节点接收信号强度和业务承载强度，选择节点Nd4作为入网申请节点。在控制信令随机入网时刻向节点Nd4发送入网申请，节点Nd4在接收到待入网节点Nd的入网申请和入网认证后。将在其内的业务消息时隙向蜂群中心Cd0发送时频资源再分配和时频资源表，操作流程如图2类似。节点Nd4在接收到时频资源表后，将新申请的时频资源更改为待入网节点Nd，并更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频表，待入网节点Nd通过节点Nd4完成入网。
在步骤S7中的所述蜂群网络节点主动退网时，网络节点向蜂群中心节点回退所有时频资源，并保持信道监听状态。
在本实施例里，蜂群网络节点主动退网。与已入网节点类似，蜂群节点网络向蜂群中心节点回退所有时频资源，即蜂群节点将不再占用蜂群网络时隙和频点，仅保持信道监听状态。
在步骤S8中的所述蜂群网络节点被动退网包括以下步骤：
F1、判断蜂群网络内的网络节点是否长时间接收单个网络节点在其相应的控制信令时隙内发送的信号；
F2、是，则蜂群中心节点判定单个网络节点已退网，将单个网络节点的时频资源回收，并更新蜂群网络用户时频资源表；
F3、否，则进入结束状态。
在本实施例里，蜂群网络节点被动退网。指蜂群所有网络节点长时间接收某蜂群节点在其相应的时隙内发送的信号，此时蜂群中心节点判定该节点已退网，将该节点的时频资源回收，并更新蜂群网络用户时频资源表。
与前文介绍蜂群中心节点动态分配时频资源类似，随机入网/退网的蜂群中心节点可以是蜂群网络中的任何节点，蜂群中心节点通过蜂群网络节点的链路参数等信息根据贪婪算法得出。蜂群中心仅承担网络状态管理职责，即监管网络节点入网/退网、资源再分配、参考基准时间广播等网络管理。在传输业务消息时与蜂群网络其他节点相同，不承担数据传输中心职责。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无人机集群组网的资源调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、蜂群网络包括标准消息帧，每个所述标准消息帧包含1个控制信令时隙和4个业务消息时隙，每50个标准消息帧构成1个时帧；
S2、蜂群网络依据标准消息帧执行蜂群网络的时频资源再分配和蜂群网络节点随机入网/退网，所述蜂群网络的时频资源再分配包括待入网节点时频资源分配和网络节点时频资源再分配，所述蜂群网络节点随机入网/退网包括蜂群中心申请入网、非蜂群中心申请入网、蜂群网络节点主动退网和蜂群网络节点被动退网；
S3、判断待入网节点位置与蜂群中心节点是否通信成功，是，则执行蜂群中心申请入网，并进入步骤S4，且蜂群中心申请入网与步骤S4同时执行；否，则执行非蜂群中心申请入网后，进入步骤S6；
S4、蜂群网络依据标准消息帧执行待入网节点时频资源分配；
S5、判断网络节点的时频资源是否满足业务传输需求，是，则进入步骤S7；否，则执行网络节点时频资源再分配，并进入步骤S6；
S6、判断网络节点的时频资源是否过剩，是，则执行网络节点时频再分配回退流程；否，则进入步骤S7；
S7、蜂群网络判断网络节点是否需要主动退网，是，则执行蜂群网络节点主动退网；否，则进入步骤S8；
S8、蜂群网络判断网络节点是否需要被动退网，是，则执行蜂群网络节点被动退网；否，则，进入结束状态；
所述蜂群中心申请入网包括以下步骤：
待入网节点接收到蜂群中心节点发出的参考基准时钟和时频资源表，完成自身系统时钟同步；待入网节点根据时频资源表计算出申请入网节点号和时频资源，在控制信令时隙发送入网申请后，开始监听蜂群中心节点随机入网响应消息，当监听到随机入网响应消息时，则判定蜂群中心申请入网成功；
在步骤S3中的所述非蜂群中心申请入网的入网方式包括待入网节点能接收蜂群中心信号和待入网节点不能接收蜂群中心信号，所述待入网节点能接收蜂群中心信号包括以下步骤：
D1、待入网节点接收多个入网节点信号；
D2、待入网节点分析多个入网节点的接收信号强度和业务承载强度；
D3、待入网节点分析后选择其中一个入网节点作为入网申请节点；
D4、入网申请节点向蜂群中心节点发送入网申请和时频资源申请；
D5、入网申请节点分析业务速率和时频资源；
D6、入网申请节点判断入网申请节点的时频资源是否满足分享给待入网节点；是，则进入步骤S6；否，则向蜂群中心节点申请时隙再分配，并将申请的时频资源发送给待入网节点；
D7、蜂群中心节点接收入网申请和校对，更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点通过入网申请节点完成入网；
所述待入网节点不能接收蜂群中心信号包括以下步骤：
E1、待入网节点监听多个入网节点信号业务消息时隙的同步帧和时隙编号；
E2、待入网节点完成自身时钟与蜂群网络的粗同步，并确定消息帧起始时间T0；待入网节点分析多个入网节点接收信号强度和业务承载强度；
E3、待入网节点分析后选择其中一个入网节点作为入网申请节点；
E4、待入网节点在控制信令时隙随机入网时刻向入网申请节点发送入网申请；
E5、入网申请节点在接收到待入网节点的入网申请和入网认证后；将其业务消息时隙向蜂群中心节点发送时频资源再分配和时频资源表；
E6、入网申请节点在接收到蜂群中心节点反馈的时频资源表后，将新申请的时频资源更改为待入网节点，并更新时频资源表并广播，蜂群网络内其他节点更新用户时频资源表，待入网节点通过入网申请节点完成入网。
2.根据权利要求1所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，其特征在于：在步骤S4中的所述待入网节点时频资源分配包括以下步骤：
A1、所述待入网节点时频资源分配的入网方式包括竞争型入网、非竞争型入网，判断入网方式是否为非竞争型入网，是，则进入步骤A4，否，则蜂群中心节点的接入控制层周期发送网络资源管理信息给无人机的待入网节点；
A2、待入网节点搜索入网同步信息和申请入网节点号给蜂群中心节点的接入控制层；
A3、待入网节点检测到入网信息，完成入网信息同步后，直接进入步骤A5；
A4、待入网节点向蜂群中心节点的接入控制层提交入网申请；
A5、蜂群中心节点的接入控制层接收到入网申请后向蜂群中心节点的目录服务层发送用户身份认证，分配时频资源；
A6、蜂群中心节点的接入控制层向待入网节点分配时频资源；
A7、待入网节点接收到时频资源后向蜂群中心节点的接入控制层反馈用户接入信息；
A8、蜂群中心节点的接入控制层将用户时频资源信息更新至蜂群中心节点的目录服务层；
A9、蜂群中心节点的接入控制层将更新后的用户时频资源发送给待入网节点。
3.根据权利要求1所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，其特征在于：在步骤S5中的所述网络节点时频资源再分配包括以下步骤：
B1、无人机根据当前业务传输状态与时频资源进行分析；
B2、无人机推算时频资源申请信息；
B3、无人机向蜂群中心节点的接入控制层提交时频资源申请；
B4、蜂群中心节点的接入控制层接收时频资源申请后，向蜂群中心节点的目录服务层申请时频资源核对，蜂群中心节点的目录服务层接收到核对申请后判断申请时频资源与蜂群中心节点的时频资源表是否有冲突，是，则进入步骤B5，否则进入步骤B10；
B5、蜂群中心节点的目录服务层驳回时频资源申请至蜂群中心节点的接入控制层；
B6、蜂群中心节点的接入控制层将驳回申请和重发时频资源信息发送至无人机；
B7、无人机重新推算时频资源申请信息；
B8、无人机向蜂群中心节点的接入控制层重新提交时频资源申请；
B9、蜂群中心节点的接入控制层接收时频资源申请后，向蜂群中心节点的目录服务层申请时频资源核对，蜂群中心节点的目录服务层接收到核对申请后判断申请时频资源与蜂群中心节点的时频资源表是否有冲突，是，则返回步骤B5，否则进入步骤B10；
B10、蜂群中心节点的目录服务层向蜂群中心节点的接入控制层发送批准时频资源申请和网络参数更新；
B11、蜂群中心节点的接入控制层将用于网络参数更新至无人机。
4.根据权利要求1所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，其特征在于：在步骤S6中的所述网络节点时频再分配回退流程包括以下步骤：
C1、无人机根据当前业务传输状态与时频资源进行分析；
C2、无人机推算时频资源回退信息；
C3、无人机向蜂群中心节点的接入控制层提交时频资源回退信息；
C4、蜂群中心节点的接入控制层接收回退时频资源信息，并发送给蜂群中心节点的目录服务层；
C5、蜂群中心节点的目录服务层向蜂群中心节点的接入控制层批准时频资源回退，并更新网络参数；
C6、蜂群中心节点的接入控制层将用于网络参数更新至无人机。
5.根据权利要求1所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，其特征在于：在步骤S7中的所述蜂群网络节点主动退网时，网络节点向蜂群中心节点回退所有时频资源，并保持信道监听状态。
6.根据权利要求1所述的一种无人机集群组网的资源调度方法，其特征在于：在步骤S8中的所述蜂群网络节点被动退网包括以下步骤：
F1、判断蜂群网络内的网络节点是否长时间接收单个网络节点在其相应的控制信令时隙内发送的信号；
F2、是，则蜂群中心节点判定单个网络节点已退网，将单个网络节点的时频资源回收，并更新蜂群网络用户时频资源表；
F3、否，则进入结束状态。
CN202210732476.9A 2022-06-27 2022-06-27 一种无人机集群组网的资源调度方法 Active CN114828267B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210732476.9A CN114828267B (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种无人机集群组网的资源调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210732476.9A CN114828267B (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种无人机集群组网的资源调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114828267A CN114828267A (zh) 2022-07-29
CN114828267B true CN114828267B (zh) 2022-09-20

Family

ID=82522167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210732476.9A Active CN114828267B (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种无人机集群组网的资源调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114828267B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115327543B (zh) * 2022-08-15 2023-07-07 中国科学院空天信息创新研究院 用于无人机蜂群sar的多节点时频同步方法
CN116015403B (zh) * 2022-12-08 2024-06-04 北京理工大学 一种适用于大规模无人机地空网络的组网方法
CN116896767B (zh) * 2023-09-11 2024-01-23 四川腾盾科技有限公司 一种不可靠网络下无人机集群信息传输与同步方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103687081A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 西安空间无线电技术研究所 一种适用于小卫星集群的自适应组网方法
CN113163492A (zh) * 2020-09-22 2021-07-23 中国人民解放军海军航空大学青岛校区 一种基于tdma组网技术的防碰撞网络构建方法
CN113612557A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 天津(滨海)人工智能军民融合创新中心 无人机蜂群多微蜂窝频谱资源管理方法
CN113630838A (zh) * 2021-07-15 2021-11-09 天津(滨海)人工智能军民融合创新中心 基于类异构蜂窝网络的立体空间蜂群组网架构构建方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114650603B (zh) * 2022-02-16 2022-12-13 中国船舶集团有限公司系统工程研究院 无人机集群自组织通信网络时隙资源动态分配方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103687081A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 西安空间无线电技术研究所 一种适用于小卫星集群的自适应组网方法
CN113163492A (zh) * 2020-09-22 2021-07-23 中国人民解放军海军航空大学青岛校区 一种基于tdma组网技术的防碰撞网络构建方法
CN113630838A (zh) * 2021-07-15 2021-11-09 天津(滨海)人工智能军民融合创新中心 基于类异构蜂窝网络的立体空间蜂群组网架构构建方法
CN113612557A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 天津(滨海)人工智能军民融合创新中心 无人机蜂群多微蜂窝频谱资源管理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"无人机自组网技术综述与发展展望";黄巍;《电讯技术》;20220127;第62卷(第1期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114828267A (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114828267B (zh) 一种无人机集群组网的资源调度方法
Parkvall et al. 5G NR release 16: Start of the 5G evolution
US11516063B2 (en) Method for determining link availability for IAB node, and node using same
US11917641B2 (en) Method and apparatus for channel state reporting in wireless communication system
US11849306B2 (en) Method for performing beam sweeping by terminal supporting sidelink in wireless communication system, and terminal therefor
US11375535B2 (en) Method and apparatus for selecting a sidelink resource for a sidelink CSI reporting in a wireless communication system
US20240098705A1 (en) V2x dynamic groupcast resource allocation
US11576227B2 (en) Method for transmitting sidelink signal in wireless communication system
US7920887B2 (en) System and method for setting up P2P communication group in cellular system, and P2P communication system and method using P2P communication group
US7447180B2 (en) Wireless media access method
CN109561513B (zh) 一种分布式无冲突自组网多址接入协议
CN114270889A (zh) 用于在无线通信系统中操作与副链路drx关联的ue的方法和设备
CN110519845B (zh) 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
CN109548084B (zh) 一种负载均衡的无人机自组网高效多跳tdma接入方法
JP7358649B2 (ja) 無線通信システムにおいて信号の送受信方法及び装置
CN108200652B (zh) 一种应用于无人机集群的通信方法及装置
Bernard et al. A low energy consumption MAC protocol for WSN
US11700632B2 (en) Method and apparatus for transmission prioritization in wireless communication system
US20210127318A1 (en) System, method and apparatus for managing network resources
US20230164697A1 (en) Method for performing cooperative communication by ue in wireless communication system supporting sidelink, and apparatus therefor
CN113840383A (zh) 无人机自组网tdma多址接入方法
US20240015705A1 (en) Method for configuring resource of iab node, and device using method
WO2009014278A1 (en) System and method for setting up p2p communication group in cellular system, and p2p communication system and method using p2p communication group
Kuo et al. Reliable two-hop device-to-device communications for UAVs
US20230085273A1 (en) Method and apparatus for paging handling in wireless communication system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant