【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信，涉及一种智能超表面(reconfigurableintelligent surface,ris)和无人机(unmanned aerial vehicle,uav)辅助通信的介质访问控制(media access control,mac)层协议。
技术介绍
1、近年来，随着无线通信技术的发展，城市智能交通也取得了长足的发展。车载自组织网络(vehicular ad-hoc network,vanet)技术作为智能交通的骨干，受到了研究者的广泛关注，并处于快速发展的过程中。随着高架桥和建筑物的增多，城市道路变得错综复杂。因此，车对车(vehicle-to-vehicle，v2v)通信路径上的障碍物增加，通信环境恶化。此外，车辆用户的指数级增长导致通信负荷急剧增加。基础设施和频谱资源已经不堪重负。因此，v2v通信的质量无法保证。无人机和可重构智能超表面已成为下一代移动通信的关键技术。它们可以专门用于克服v2v网络的挑战。
2、无人机具有高度灵活性、低成本和易于部署的特点。当地面基础设施在拥挤的道路上或高峰时段超载时，它们可以提供临时覆盖。在传统的车联网中，无人机与地面终端形成视距(line of sight,los)传播路径的概率高于路边单元(road side units,rsus)。同时，为了突破单架无人机覆盖范围的限制，可以利用多架无人机进行协同，从而提供更高质量的通信服务。无人机分为旋翼型和固定翼型。旋翼型无人机一般配备多个螺旋桨，可在固定位置上空悬停，而固定翼型无人机一般在一定高度处沿曲线
3、ris能够灵活操控信道环境中的电磁特性，一出现就吸引了业界的广泛关注。ris通常由大量精心设计的电磁单元排列组成。通过给电磁单元上的可调元件施加控制信号，ris可以动态地控制这些电磁单元的电磁性质，进而实现以可编程的方式对电磁波进行主动的智能调控，形成相位、幅度、极化和频率可控制的无线信号。作为超材料的二维实现，ris天然具有低成本、低复杂度和易部署的特性。ris的这些特性有助于通信网络满足发送方和接收方之间的los要求，也能提高信号传输的质量。
4、vanet中ris和无人机的同时使用，可以为用户在城市内没有los传输通道且网络拥堵的情况下，提供高质量的传输服务。网络中，无人机充当控制中心，为车辆用户提供核心网络接入，ris一方面通过被动波束形成缓解无人机的los路径模糊和高能耗等问题，促进车辆之间的信息交互，另一方面，无人机还能够扩展ris的通信能力，根据无人机的资源分配和相位控制向车辆用户提供服务。
5、本专利技术考虑的vanet方案是一个城市立体交通中，有相当数量的建筑物和高架桥的三维立体交通应用场景(附图1)。ris在道路旁的建筑物表面以一定的间隔展开。当交通路段发生网络拥堵或其他网络故障情况时，在路段上空以一定的间隔部署数架旋翼无人机，从而极大地缓解当前的网络故障或数据传输压力。目前常用的mac层无线网络协议主要分为竞争类、分配类和混合类三种，但均是针对传统的vanet中只考虑车辆节点和无人机节点所构建的网络，无法满足本应用场景中结合ris的网络需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：
2、针对上述场景中的网络拥堵或紧急故障情况，本专利技术提出一种无人机辅助通信的mac层协议。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
4、一种无人机辅助通信的mac层协议，其特征在于包括车辆、无人机和ris，无人机与车辆之间的唯一通道为控制通道cch，车辆与ris或其他车辆之间的通道为服务通道sch；步骤如下：
5、步骤1：在cch通道上，时间被划分为cch帧，每个cch帧分为两个阶段，分别是消息上报阶段和传输竞争阶段，每个阶段再划分为多个时隙；
6、当车辆进入无人机的覆盖区域时，车辆需通过在消息上报阶段所获取的时隙向无人机上报驾驶信息；
7、步骤2：当车辆有v2v数据传输需求时，需要在cch帧的传输竞争阶段来获取时隙；
8、车辆a获取时隙的过程为：a在传输竞争阶段侦听cch帧，直到检测到相当于分布式协调帧间隔difs的空闲时间；在检测到空闲difs后，a在发送之前等待一个随机的回退间隔；只要cch被检测到空闲，回退时间计数器就会根据时隙间隔递减；当cch上检测到传输时，计数器停止，当cch再次被检测到空闲超过一个difs时，计数器重新激活；回退时间为0时，a成功发送dtr报文；每次传输时，回退时间统一选择在[0,cw-1]范围内，其中cw为a的回退窗口大小；
9、步骤3：无人机接收到dtr后，对其进行解析；首先，无人机根据车辆位置信息对应关系获取车辆b的当前位置，确定车辆b是否在当前单元格内；如果它在当前单元内，则直接根据应用程序信息为车辆a预留四维传输资源，并控制ris元素辅助传输，然后向车辆a返回dtp，宣布预留资源；然后，接收dtp的车辆可以使用预留的资源启动ris辅助传输；如果车辆b不在当前单元内，则无人机在消息报告阶段的最后一个时隙将dtr中的相关信息传输给相邻单元无人机；随后，来自具有预留资源的相邻小区无人机的dtp通过当前无人机中继，返回dtp给车辆a；
10、步骤4：当车辆a收到无人机发回的dtp后，停止在cch上竞争；车辆a解析dtp并将另一个收发器调制到无人机分配给它的sch子信道；车辆a在无人机分配给它的时隙内通过ris辅助，将数据传输到车辆b；在传输结束时，ris组及其对应的子通道在分配的时隙被释放，并可被无人机重新预留；当接收到车辆a的数据并验证正确后，车辆b将mrp中的srs标志位设置为1，标识已成功接收a所发送的数据。
11、本专利技术进一步的技术方案：车辆在消息上报阶段获取时隙的过程为：车辆a首先感知一个完整的cch帧，并将空闲时隙索引存储到集合β(x)中；在下一个cch帧中，车辆a从β(x)中随机选择一个时隙向无人机发送message report packet，即当前车辆a的驾驶信息；如果在该时间槽位内只有a发送，则占用该时间槽位成功，无人机返回确认字符ack并存储消息，然后在下一次车辆上报消息之前，预测所有已发送message report packet车辆的实时位置，据此估计路况，并在message report packet的最后一个时隙内，向其覆盖区域内所有车辆广播现有路况；如果车辆a在这个时间段内检测到碰撞，就意味着至少有两辆车同时试图进入这个时间段；所有发送message report packet但没有收到ack的车辆在下一帧中重新选择时隙，直到成功获取时隙；至此，所有车辆均可获得所在无人机覆盖范围内的实时道路信息。
12、本专利技术进一步的技术方案：所述mrp分为五个字段：帧控制字段、mac地址本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于包括车辆、无人机和RIS，无人机与车辆之间的唯一通道为控制通道CCH，车辆与RIS或其他车辆之间的通道为服务通道SCH；步骤如下：
2.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：车辆在消息上报阶段获取时隙的过程为：车辆A首先感知一个完整的CCH帧，并将空闲时隙索引存储到集合β(x)中；在下一个CCH帧中，车辆A从β(x)中随机选择一个时隙向无人机发送Message ReportPacket，即当前车辆A的驾驶信息；如果在该时间槽位内只有A发送，则占用该时间槽位成功，无人机返回确认字符ACK并存储消息，然后在下一次车辆上报消息之前，预测所有已发送Message Report Packet车辆的实时位置，据此估计路况，并在Message Report Packet的最后一个时隙内，向其覆盖区域内所有车辆广播现有路况；如果车辆A在这个时间段内检测到碰撞，就意味着至少有两辆车同时试图进入这个时间段；所有发送Message ReportPacket但没有收到ACK的车辆在下一帧中重新选择时隙，直到成功获取时隙；至
3.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：所述MRP分为五个字段：帧控制字段、MAC地址、发送端的驾驶信息、高优先级短应用程序和成功接收的SCH或SRS标志位。
4.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：所述ACK分为4个字段：帧控制字段、高优先级短应用程序、成功接收CCH标志位和成功接收SCH标志位；当无人机在CCH上准确地接收到MRP时，SRC标志位设置为1。
5.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：所述DTP分为四个字段：帧控制字段、传输子信道索引、传输槽索引和传输功率。
6.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：所述四维传输资源包括：时间、频率、力量和相位。
7.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：所述SCH上的数据帧分为5个字段：帧控制字段、源MAC地址、目的MAC地址、应用数据和循环冗余校验。
8.根据权利要求1所述无人机辅助通信的MAC层协议，其特征在于：所述DTR包含源MAC地址、目的MAC地址和需要RIS辅助传输的应用程序的信息。
9.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种无人机辅助通信的mac层协议，其特征在于包括车辆、无人机和ris，无人机与车辆之间的唯一通道为控制通道cch，车辆与ris或其他车辆之间的通道为服务通道sch；步骤如下：
2.根据权利要求1所述无人机辅助通信的mac层协议，其特征在于：车辆在消息上报阶段获取时隙的过程为：车辆a首先感知一个完整的cch帧，并将空闲时隙索引存储到集合β(x)中；在下一个cch帧中，车辆a从β(x)中随机选择一个时隙向无人机发送message reportpacket，即当前车辆a的驾驶信息；如果在该时间槽位内只有a发送，则占用该时间槽位成功，无人机返回确认字符ack并存储消息，然后在下一次车辆上报消息之前，预测所有已发送message report packet车辆的实时位置，据此估计路况，并在message report packet的最后一个时隙内，向其覆盖区域内所有车辆广播现有路况；如果车辆a在这个时间段内检测到碰撞，就意味着至少有两辆车同时试图进入这个时间段；所有发送message reportpacket但没有收到ack的车辆在下一帧中重新选择时隙，直到成功获取时隙；至此，所有车辆均可获得所在无人机覆盖范围内的实时道路信息。
3.根据权利要求1所述无人机辅助通信的mac层协议，其特征在于：所述mrp分为五个字段：帧控制字段、mac地址、发送端的驾驶信息、高优先级短应用程序和成功接收...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨欣，薛雅娇，王伶，张兆林，王大伟，孙文彬，许茜，赵洪钢，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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