基于链路预测的无人机网络动态时隙分配算法

发布时间：2020-06-22 03:18

【摘要】：近年来,无人机自组网(UAV Ad Hoc Network,UANET)系统是自组织网络领域的研究热点。相比于传统的Ad hoc网络,UANET网络系统具有更高的灵活性,在军事、运输、救援等方面都有很好的应用前景。由于UANET中无人机节点具有较高的移动速度,导致通信链路的波动频繁,进一步影响网络拓扑结构的稳定性,给节点间的业务传输带来了严峻的挑战。在这种条件下,如何将有限的信道资源合理的分配给各个节点是解决问题的关键。目前,基于时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)协议的时隙分配算法在无人机组网中应用广泛,但是随着网络负载的不断增加与信道链路的频繁中断,组网的服务质量(Quality of Service,QoS)性能严重下降,不能满足低空高动态的环境下小型无人机组网的需求。因此,本文提出了基于信道中断概率反馈的时隙分配算法。本文通过分析当前基于时隙分配算法的TDMA协议在高动态环境下QoS性能低下的原因,从媒体访问控制(Media Access Control,MAC)层的结构设计考虑,结合TDMA协议展开资源调度算法的研究。针对网络负载的增加导致MAC层处理不足,提出了MAC的双层模型,提高了MAC存储与运算能力。同时考虑到高动态环境下不同业务的紧急程度不同,因此针对不同业务划分相应的优先级,并基于业务的优先级设置相应的阈值,网络负载较重时首先丢弃优先级较低的数据包,一定程度上控制了网络的流量,使系统的负载保持均衡。进一步提出了双缓存队列的设计,使占用信道失败或者因信道中断而暂停传输的业务能在下一帧中有机会占用信道继续发送,保证高优先级业务发送的同时提高了系统的QoS性能。针对通信链路中断频繁的特点,基于信道链路中断概率预测技术,以概率值作为评估信道资源分配的参考指标之一,一定程度上提高了信道的利用率。在此基础上,提出了基于优先级因子的时隙公平算法,解决了现有时隙分配算法节点间的资源分配不均问题,保证了业务的无冲突传输。最后,通过排队论建立相应的时隙分配算法模型,衡量该算法的网络吞吐量、平均时延、丢包率等QoS指标。仿真结果表明,该调度算法的性能指标优于现有的动态时隙分配算法,并且改进的时隙分配算法优先保证了高优先级业务的QoS。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;TN929.5

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本文编号：2725104