【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线网络通信，具体涉及一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法。
技术介绍
1、无人机集群网络需要承担对指挥控制类关键业务以及语音视频等常规业务的转发功能，对于关键信息，高时延可能造成信息传递过时，导致时机延误或者形势误判，因此提供时延有界的通信保障是有必要的，即实现时延确定性通信服务，使得战场态势感知、指控信令和情报得以及时传送。
2、无线网络中数据传输的路由选择和时隙分配是影响通信时延确定性的主要原因。路由路径过长会让数据在传输过程中需要更多的时隙、信道等网络资源，导致数据传输时延变大；一味地追求缩短路径长度，可能会出现路径之间的重叠过多的情况，造成数据传输拥塞而导致数据传输时延过长。时隙调度是对网络中有限资源的合理利用，但是不合理的时隙分配方法不仅不能降低数据传输时延，还会造成时隙资源的浪费。所以为满足数据传输确定性时延的需求，需要将路径选择与时隙调度机制联合考虑。
3、目前大多数的研究是从路由角度或者从时隙调度角度进行研究。利用已有的时隙分配结果生成路由路径，或是依据确定的路由路径为其分配时隙。这些研究都是基于已有单方面的信息进行调度，但是路由和时隙调度之间时相互耦合相互约束，在实际的无线通信中无法分离。路由决定数据流的传输路径，而时隙调度确定了何时发送数据包。路径的选择会影响每个数据包经过的网络节点和传输延迟，进而影响时隙调度中的发送时机，以确保数据包能够按时到达目的地。所以，需设计联合路由与时隙调度机制，共同保障无线网络数据传输的时延确定性。
4、此外，在tcp/ip网络
技术实现思路
1、为了在不破坏tcp/ip网络的五层结构前提下，提供网络层与mac层的信息共享，以保证时敏业务的确定性时延通信服务，本专利技术提出一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，在由预警机作为控制机控制由无人机组成的蜂群网络中，预警机确定时敏业务流传输的确定性时延，并基于改进的蚁群算法获取满足确定性时延的业务流传输路径及链路时隙，将业务流传输路径及链路时隙下发到无人机进行数据传输，基于改进的蚁群算法获取满足确定性时延的业务流传输路径及链路时隙的过程包括：
2、构建|f|·|e|个二维元组，并按照业务流优先级与确定性时延要求，对构建的元组进行降序排序得到元组集合其中e表示网络中所有链路的集合，f表示网络中所有数据流的集合；
3、将端到端确定性时延的路由选择和时隙分配问题转化为元组集合中所有元组的时隙分配问题，即元组集合中第j个元组由业务流、链路和时隙分配构成，表示为表示第j个元组的业务流，表示第j个元组的链路，表示第j个元组的时隙分配结果；
4、在蚁群算法中，利用着色原理，当蚂蚁经过一条链路后，选择一种颜色对链路进行着色，并满足链路约束，即同一链路上的同一时隙内只有一条业务流传输；
5、当蚂蚁遍历完所有元组之后得到一个时隙分配方案，并从该分案中获取该次遍历的最小帧长；
6、从所有蚂蚁得到的时隙分配方案中选择最小帧长最小的分配方案，更新蚂蚁的信息素，并进行下一次遍历；
7、当遍历次数达到最大遍历次数时，输出最优链路选择和时隙分配。
8、进一步的，蚂蚁为元组分配时隙cz的概率为：
9、
10、djz＝ω_s×lj+ω_t×t_d
11、其中，τjz表示时隙cz分配给元组的信息素；ηjz表示时隙cz分配给元组的启发信息；numc表示上一次着色后使用的总颜色数；djz表示元组链路时空距离；α和β分别是信息素和启发信息的参数；ω_s是空间距离的权重，ω_t是时隙距离的权重，lj表示链路长度；t_d表示链路时隙距离；cz∈c3表示满足时隙约束条件c3，时隙约束条件c3表示为：
12、且φstart(x,lk,fk)≥φstart(x,lk)
13、其中，φstart(x,lk,fk)表示链路l在第x时隙传输业务流的开始时刻；fk.data表示第k个业务流fk的包长度；b(x,lk)表示为链路l在第x时隙链路传输速率；tx表示第x个时隙的时隙长度；φstart(x,lk)表示链路l在第x时隙起始时刻。
14、进一步的，信息素的更新方程为：
15、τjz(nc+1)＝(1-υ)τjz(nc)+δτjz
16、其中，τjz(nc+1)表示第nc次迭代时隙cz分配给元组的信息素；δτjz为所有蚂蚁遍历元组时释放的信息素的总和；υ为为信息素轨迹的挥发系数。
17、进一步的，所有蚂蚁遍历元组时释放的信息素的总和δτjz表示为：
18、
19、其中，nats为蚂蚁的数量；d(sy)表示蚂蚁y当前遍历得到的最小帧长；q表示蚂蚁循环一次所有释放的信息素总量；表示第y只蚂蚁蚂蚁遍历元组时释放的信息素的和。
20、进一步的，预警机确定时敏业务流传输的确定性时延时，以最小化无人机蜂群网络中所有时敏业务传输的平均时延为目标构建确定性时延问题模型，该模型表示为：
21、
22、约束条件c1:fk.detmin＜minfk.tsd＜fk.detmax
23、c2:
24、c3:
25、c4:
26、其中，n表示网络中时敏业务流的数目，fk.tsd为业务流fk从源节点到目的节点总传输时延；为确定性时延需求对应的权重；tk,l表示业务流fk在链路l上的端到端传输时延，链路l为业务流fk的一条可用路由路径r中的一条链路；fk.detmin为第k个业务流fk从源处传输数据包和到达目的地之间允许的最低通信时延；fk.detmax为第k个业务流fk从源处传输数据包和到达目的地之间允许的最大通信时延；ε(l,x)(f)表示链路l中时隙长度为tx的第x时隙是否被占用，当ε(l,x)(f)＝1表示链路l中时隙长度为tx的第x时隙被占用，当ε(l,x)(f)＝0表示链路l中时隙长度为tx的第x时隙未被占用；表示业务流fk是否能占用链路l时隙长度为tx的第x时隙；n为业务流的数量；φstart(x,lk,fk)表示链路l在第x时隙传输业务流的开始时刻；fk.data为第k个业务流fk的包长度；b(x,lk)表示为链路l在第x时隙链路传输速率；φstart(x,lk)表示链路l在第x时隙的起始时刻。
27、进一步的，确定性时延需求对应的权重表示为：
28、
29、其中，m1∈(0,1)表示业务流优先级的权重，m2∈(0,1)表示业务流确定性时延的权重。
30、进一步的，当且仅当且时，业务本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，在由预警机作为控制机控制由无人机组成的蜂群网络中，预警机确定时敏业务流传输的确定性时延，并基于改进的蚁群算法获取满足确定性时延的业务流传输路径及链路时隙，将业务流传输路径及链路时隙下发到无人机进行数据传输，基于改进的蚁群算法获取满足确定性时延的业务流传输路径及链路时隙的过程包括：
2.根据权利要求1所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，蚂蚁为元组分配时隙cz的概率为：
3.根据权利要求1或2所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，信息素的更新方程为：
4.根据权利要求3所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，所有蚂蚁遍历元组时释放的信息素的总和Δτjz表示为：
5.根据权利要求1所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，预警机确定时敏业务流传输的确定性时延时，以最小化无人机蜂群网络中所有时敏业务传输的平均时延为目标构建确定性时延问题模型，该模型表示为：
6.根据权利要求5所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性
7.根据权利要求5所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，当且仅当且时，业务流fk能占用链路l时隙长度为Tx的第x时隙。
8.根据权利要求1所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，构建Route&Slot跨层模块实现TCP/IP网络模型中网络层与MAC层的信息交互，Route&Slot跨层模块包括Linux内核路由表、链路时隙传输表、业务流传输列表、跨层调度计算模块、数据接收模块、数据接收队列、数据发送模块以及数据发送队列，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，在由预警机作为控制机控制由无人机组成的蜂群网络中，预警机确定时敏业务流传输的确定性时延，并基于改进的蚁群算法获取满足确定性时延的业务流传输路径及链路时隙，将业务流传输路径及链路时隙下发到无人机进行数据传输，基于改进的蚁群算法获取满足确定性时延的业务流传输路径及链路时隙的过程包括：
2.根据权利要求1所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，蚂蚁为元组分配时隙cz的概率为：
3.根据权利要求1或2所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，信息素的更新方程为：
4.根据权利要求3所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方法，其特征在于，所有蚂蚁遍历元组时释放的信息素的总和δτjz表示为：
5.根据权利要求1所述的一种无人机蜂群网络跨层确定性调度方...
【专利技术属性】
技术研发人员：段洁，马钰杳，徐川，邢媛，李镇江，徐航，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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