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具体实施方式

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下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。

实施例1

本实施例实现一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络。

图1是一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络通信步骤图。如附图1所示，本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络，包括若干自组织网络节点，所述若干自组织网络节点通过无线通信网络进行通信；所述自组织网络节点包括处理器、存储器和用于无线通信的无线通信接口；所述存储器中存储有自组织网络接入协议程序、用于记录退避窗口长度的倒计时计数器、用于存放高优先级时敏业务数据的高优先级时敏业务队列和用于存放其他低优先级业务数据的其他低优先级业务队列；所述自组织网络节点处理器受控于自组织网络接入协议程序实现以下步骤：

S1、自组织网络节点构建无线通信MAC层时帧，单无线通信MAC层时帧帧长为t_frame＝t_demand，其中t_demand是高优先级时敏业务单跳时延要求，所述单无线通信MAC层时帧帧长包括K个时隙，单个时隙的长度为t_slot＝t_frame/K，第1个时隙是竞争时隙，第2至K个时隙是业务传输时隙，记为第1业务传输时隙至第K-1业务传输时隙，所述竞争时隙根据所述自组织网络节点支持的最短物理帧长包括M个竞争子时隙，M、K是正整数，M>K-1；

S2、有通信需求的自组织网络节点加载传输负载，首先从高优先级队列中取队首数据，若高优先级时敏业务队列为空，再从其他低优先级业务队列中读取数据；

S3、加载传输负载的自组织网络节点根据业务的优先级随机选择退避窗口长度、并记录于倒计时计数器中，高优先级时敏业务随机选择的退避窗口长度小、低优先级其他业务随机选择的退避窗口长度大，并且高优先级时敏业务随机选择的退避窗口长度区间和低优先级其他业务随机选择的退避窗口长度区间不重叠；

S4、随机选择好退避窗口长度的自组织网络节点称为传输时隙竞争自组织网络节点，在新的无线通信MAC层时帧竞争时隙阶段，每经过一个竞争子时隙，值大于0的传输竞争自组织网络节点倒计时计数器减1，同时倒计时计数器值为0的传输时隙竞争自组织网络节点立即通过无线网络发送传输竞争声明，若检测到碰撞，倒计时计数器值为0的传输时隙竞争自组织网络节点放弃传输并将在下一无线通信MAC层时帧中继续竞争业务传输时隙，若未检测到碰撞，所述自组织网络节点通过业务传输时隙时帧竞争裁定机制确定传输时隙竞争自组织网络节点的业务传输时隙数值；

S5、在无线通信MAC层时帧业务传输时隙阶段，获得业务传输时隙的自组织网络节点在对应数值的业务传时隙通过无线网络发送步骤S2加载的传输负载。

图2是“竞争”方案的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络节点示意图。如附图2所示，进一步地，本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络，所述自组织网络节点还包括用于记录业务传输时隙数值的可用传输时隙计数器、以及用于通过无线通信接口进行高电平单音信号发送和接受解析的单音电平收发器，所述自组织网络节点处理器受控于自组织网络接入协议程序还实现以下步骤功能：

步骤S1、所述自组织网络节点支持的最短物理帧长为t_hw，其中t_hw＜t_slot，则竞争时隙进一步划分成个竞争子时隙，t_slot-M_cptt_hw为竞争时隙与业务传输时隙之间的保护间隔；

步骤S3、加载传输负载的自组织网络节点可用传输时隙计数器初始化为K-1；

步骤S4、所述业务传输时隙时帧竞争裁定机制是指，每经过一个竞争子时隙，倒计时计数器值为0的传输时隙竞争自组织网络节点立即通过无线网络发送一个高电平单音信号作为传输竞争声明，如果倒计时计数器值大于0的传输时隙竞争自组织网络节点通过无线网络监听到高电平单音信号，则倒计时计数器值大于0的传输时隙竞争自组织网络节点可用传输时隙计数器减1；经过M_cpt个竞争子时隙后，所述传输时隙竞争自组织网络节点确定的业务传输时隙数值为K减去可用传输时隙计数器值，可用传输时隙计数器值为0的传输时隙竞争自组织网络节点放弃传输并将在下一无线通信MAC层时帧中继续竞争业务传输时隙。

优选地，上述的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络高优先级时敏业务单跳时延要求t_demand为2ms，所述单无线通信MAC层时帧帧长包括4个长度为0.5ms的时隙，所述自组织网络节点支持的最短物理帧长为60us，所述竞争时隙进一步划分成8个竞争子时隙，20us为竞争时隙与业务传输时隙之间的保护间隔。

图3是“竞争+预约”方案的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络节点示意图。如附图3所示，进一步地，本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络，所述自组织网络节点处理器是具备短时间解析数据包和快速收发转换能力的处理器，所述自组织网络节点处理器受控于自组织网络接入协议程序还实现以下步骤功能：

步骤S1、所述自组织网络节点支持的最短物理帧长为t_hw，其中t_hw＜t_slot，则竞争时隙进一步划分成个子时隙，其中1至M_cpt-1个子时隙是竞争子时隙，第M_cpt个子时隙加上保护间隔时长t_slot-M_cptt_hw是预约广播子时隙；

步骤S4、所述业务传输时隙时帧竞争裁定机制是指，每经过一个竞争子时隙，倒计时计数器值为0的传输时隙竞争自组织网络节点立即通过无线网络发送本节点ID号作为传输竞争声明，第一个在竞争子时隙通过无线网络发送本节点ID号且没有检测到碰撞的传输时隙竞争自组织网络节点是主节点，所述主节点负责通过无线网络监听传输时隙竞争自组织网络节点发送的节点ID号；经过M_cpt-1个竞争子时隙后，所述主节点经过分析按照监听到的节点ID号的先后顺序确定传输时隙竞争自组织网络节点业务传输时隙数值，并在预约广播子时隙发送预约广播子帧告知其他传输时隙竞争自组织网络节点，没有获得业务传输时隙的传输时隙竞争自组织网络节点放弃传输并将在下一无线通信MAC层时帧中继续竞争业务传输时隙。

优选地，上述的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络高优先级时敏业务单跳时延要求t_demand为2ms，所述单无线通信MAC层时帧帧长包括4个长度为0.5ms的时隙，所述自组织网络节点支持的最短物理帧长为60us，所述竞争时隙进一步划分成7个竞争子时隙，和1个预约广播子时隙。

优选地，上述的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的自组织网络，所述自组织网络网络节点是无人机自组织网络节点。

实施例2

本实施例实现一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议。

本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议，可在几乎不影响其他业务网络传输性能的同时，保障时敏业务低时延高可靠的传输。同时，本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议可支持两种不同硬件复杂度的实现方案，并且在中低网络负载下两种实现方案的性能一致，大大提高了所述自组织网络接入协议的实用性。

本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议，可在不同硬件能力下支持自组织网络网络单跳时延要求在2ms以下的时敏业务高可靠传输。包括了一种“竞争式”的MAC层时帧结构和一种“竞争+预约式”的MAC层时帧结构。

其中，所述“竞争式”的MAC层时帧结构：对硬件能力要求低，仅需硬件具备单音信号(高电平)的解析能力，使用“节点竞争+固定时隙划分+随机退避”的机制来有效保证数据业务的低时延高可靠传输。时帧结构包括竞争子帧和业务传输子帧。

所述“竞争+预约式”的MAC层时帧结构：对硬件能力要求高，需要硬件具备短时间内解析数据包头并进行快速收发转换的能力，使用“节点竞争与预约+固定时隙划分”的机制在满足低时延的情况下更高效地保障可靠传输。时帧结构包括竞争子帧、预约广播子帧以及业务传输子帧。

本实施例一种面向低时延业务的无人机自组织网络接入协议，自组织网络中的每一个节点设计有两个优先级队列、一个倒计时计数器和一个可用传输时隙计数器。

优先级队列：自组织网络中的每个通信节点均维护2个优先级队列，其中一个队列用于存放高优先级的时敏业务，另一个队列用于存放其他低优先级业务。当节点有通信需求时，节点都将首先从高优先级队列中取队首数据，若高优先级队列为空，再从低优先级队列中读取数据。

倒计时计数器：每一个节点在竞争子帧阶段将维护一个计数器用于记录实时的退避窗口长度。若退避窗口长度为0，节点将立即通信，否则，每过一个子时隙，退避窗口长度减1。

可用传输时隙计数器：对于所述的“竞争式”的MAC层时帧结构，每一个节点在竞争子帧阶段都将维护一个可用传输时隙计数器，可用传输时隙计数器每个时帧都初始化为可以发送业务传输子帧的时隙数；每次在信道中检测到“其他节点需要通信”的信息，节点将可用传输时隙计数器自减1，本时帧可用传输时隙计数器减为0的节点，将在下一个时帧竞争可用传输时隙计数器发送业务传输子帧；对于所述的“竞争+预约式”的MAC层时帧结构，不维护可用传输时隙计数器。

所述的“竞争式”的MAC层时帧结构，若时敏业务的单跳时延要求为t_demand(t_demand＜2ms)，则单时帧帧长为t_frame＝t_demand。设单时帧帧长有K个时隙，则时帧中单个时隙的长度为t_slot＝t_frame/K。所述的竞争子帧由第1个时隙组成，所述的业务传输子帧由第2至K个时隙组成。设硬件所支持的最短物理帧长为t_hw(t_hw＜t_slot)，则将竞争子帧进一步划分成个子时隙，将t_slot-M_cptt_hw设置为竞争子帧与业务传输子帧之间的保护间隔。

所述的“竞争+预约式”的MAC层时帧结构，若时敏业务的单跳时延要求为t_demand(t_demand＜2ms)，则单时帧帧长为t_frame＝t_demand。设单时帧帧长有K个时隙，则时帧中单个时隙的长度为t_slot＝t_frame/K。所述的竞争与预约子帧由第1个时隙组成，所述的业务传输子帧由第2至K时隙组成。设硬件所支持的最短物理帧长为t_hw(t_hw＜t_slot)，则将第1个时隙，即竞争与预约子帧进一步划分成个子时隙，所述的竞争子帧占用1到M_cpt-1个子时隙，所述的预约广播子帧占用第M_cpt个子时隙以及1个保护间隔的时长(即t_slot-M_cptt_hw)。

所述的“竞争式”的MAC层时帧结构，所有节点按照如下的规则进行传输机会的竞争以及时敏业务的传输：

对于自组织网络内所有存在负载等待传输的节点，这些节点首先根据业务的优先级随机选择退避窗口，值得注意的是，高优先级时敏业务的退避窗口较小，低优先级业务其他业务的退避窗口较大。

退避窗口选择完毕后，所有节点重复以下动作：若倒计时计数器为0，则节点立即向信道中发送竞争声明(一个高电平单音信号)，若此时检测到碰撞，则时隙竞争失败，节点放弃本时隙的传输并将在下一时帧中继续竞争传输时隙，若未检测到碰撞，则将在业务传输子帧中的对应时隙进行时敏业务的传输；若节点的倒计时计数器不为零，节点监听信道。若监测到高电平单音信号，本节点的可用传输时隙计数器减1。所有节点每经过1个子时隙，每个节点的倒计时计数器都将自动减1。

所述的“竞争+预约式”的MAC层时帧结构，每一个时帧把在竞争子帧中第一个向信道发送消息的节点定义为主节点。自组织网络中所有节点按照如下的规则进行传输机会的竞争以及时敏业务的传输：

对于自组织网络内所有存在负载等待传输的节点，这些节点首先根据业务的优先级随机选择退避窗口。

退避窗口选择完毕后，所有节点重复以下动作：若倒计时计数器为0，则节点立即向信道中发送本节点的ID号，若此时检测到碰撞，则时隙竞争失败，节点放弃本时隙的传输并将在下一时帧中继续竞争传输时隙；若倒计时计数器不为0，节点监听信道。所有节点每经过1个子时隙，每个节点的倒计时计数器都将自动减1。

在预约广播子帧阶段，该时帧的主节点将统计自组织网络待发送节点的时隙预约信息，并将处理后的时隙预约信息向全网节点进行广播。

待发送的节点根据主节点广播的时隙预约信息选择相应的时隙进行时敏业务传输。

本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议，在自组织网络形态下，可支持单跳时延需求2ms以下时敏业务的低时延高可靠传输；接入协议可区分不同优先级，在实现时敏业务低时延高可靠传输的同时，保障其他业务的网络传输性能与网络资源竞争的公平性；协议实现具备灵活性，支持两种不同硬件复杂度的协议实现方式，且不同实现方式下的传输性能在中低网络负载的情况下基本一致。

实施例3

本实施例实现一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议。

本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议，包含两种对应不同硬件能力的实现方式：“竞争”方案与“竞争+预约”方案。两种实现方式都需节点具备优先级队列、一个倒计时计数器。其中“竞争”方案另需一个可用传输时隙计数器。以下将对这两种实现方案的细节分别进行描述。

图4是“竞争”方案的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议时帧结构示意图。如附图4所示，本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议对硬件有较低要求的“竞争”方案以节点硬件具备发送和解析高电平单音信号的能力为前提，“竞争”方案接入协议的帧结构由竞争子帧和业务传输子帧组成。单个时帧长度为2ms，且单个时帧被划分成4个长度为0.5ms的时隙，其中第1个时隙作为竞争子帧，第2-4个时隙作为业务传输子帧。假设硬件所能支持的最短物理帧帧长为60us，因此竞争子帧可被进一步划分成8个子时隙，每一个子时隙的时长即为一个最短物理帧帧长。竞争子帧的剩余20us被用作竞争子帧与业务传输子帧之间的保护间隔。

本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议“竞争”方案的具体传输过程描述如下。在每个2ms时帧的开始阶段，所有待发送业务的节点选择其队列中优先级最高的业务，然后随机选择竞争窗口中的一个值进行倒计时。不同优先级业务的竞争窗口取不同的范围，且不存在交集。例如在某一时帧中，高优先级竞争窗口取[0,2]，低优先级窗口取[3,8]。假设此时网络中有A～E共5个节点，其倒计时计数器选择如下：A为2，B、C为3，D为4，E为5。设时帧的起始时刻为0us时刻。首先所有节点进入侦听模式，经过120μs后，A的计数器倒计时结束，发送一个高电平单音信号来声明时隙占用，其他节点经过60μs后，听到该信号并获知有一个时隙被占用。由于每个节点中具备一个可用传输时隙计数器，业务传输子帧具有3个时隙，所以所有节点的可用传输时隙计数器初始化为3。并且，每次节点听到有信号后，将可用传输时隙计数器减1。因此，其他节点在听到时隙占用信号时，可用传输时隙计数器变为2，在180μs时，B、C两节点的计数器倒计时均结束，两节点各自发送一个高电平单音信号，D、E节点听到该信号后将用信道计数器再减1，变为1，之后在240μs时，D节点发送信号对时隙进行竞争，而E节点由于在300μs时听到竞争信号而将信道计数置0，此时E发现在本帧当中已无可用时隙，因此将在下一帧中重新竞争时隙。B、C两节点由于同时在180μs时发送一个高电平单音信号，在180μs时B、C两节点检测到碰撞，则B、C两节点时隙竞争失败，B、C两节点放弃本时隙的传输并将在下一时帧中继续竞争传输时隙。

图5是“竞争+预约”方案的一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议时帧结构示意图。如附图5所示，本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议对硬件就要较高要求的“竞争+预约”方案以节点硬件具备快速解析数据包头并快速进行收发转换的能力为前提，“竞争+预约”方案的帧结构由竞争子帧、预约广播子帧和业务传输子帧组成。单个时帧长度为2ms，且单个时帧被划分成4个长度为0.5ms的时隙，其中第1个时隙作为竞争与预约广播子帧，第2-4个时隙作为业务传输子帧。假设硬件所能支持的最短物理帧帧长为60us，则第1个时隙的中的每一个子时隙的长度就为一个最短物理帧帧长。竞争子帧占7个子时隙，共计420us。第1个时隙中剩余的80us用作预约广播子帧。在“竞争+预约”方案中，三个子帧之间无保护间隔。

本实施例一种保障高优先级时敏业务可靠传输的无人机自组织网络接入协议“竞争+预约”方案的具体传输过程描述如下。在“竞争+预约”方案中，所有节点广播的信令信息由高电平变为节点ID号，并定义本时帧的主节点为第一个发送信令的节点。以下仍按照“竞争”方案的网络场景进行举例说明。假设有A～E共5个待传输节点，它们的倒计时计数器选择如下：A为2，B、C为3，D为4，E为5，此时A为主节点。第2个子时隙中，A节点广播ID号，其他节点能够接收；而在第3个子时隙中，B、C两个节点广播的ID消息发生了碰撞，A、D、E节点无法正确接收，因此A、D、E节点只能通过收到的信号电平判断存在正在竞争时隙的节点，但并不知道是B和C在竞争；接下来，在第4、5个子时隙中，D和E分别广播各自的ID号，其他节点正确接收。在竞争子帧结束时，主节点A经过分析得，本帧需要发送数据的节点为A、D、E，因此A、D、E将依次占据三个业务时隙，节点A把这一信息在预约广播子帧(也就是预约子帧，预约子帧是一个面向所有节点传输的广播数据包)中向其他节点广播。当B和C收到这一分配结果时，便知道了它们在本帧将会发生碰撞，因此B和C将不会在本帧发送数据，而会在下一帧重新设定计数器的值并重新竞争。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Acess Memory，RAM)等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。