一种无人机自组网可靠传输时效性评估与计算方法

技术领域

本发明属于无人机自组网技术领域，具体涉及一种无人机自组网可靠传输时效性评估与计算方法。

背景技术

传统无人机自组织网络的研究大多是基于通信过程发生在无错误信道中的理想假设。然而，现实的无线通信信道经常要面对由于噪声、信号干扰和信道衰落等环境因素而造成的数据包错误和损失。当消息被错误解码时，接收到的数据包无法传递最新的信息，导致无法控制的错误和系统延迟。因此，为了提高整体系统效率，对差错系统的信息年龄的究十分关键。此外，重传机制对于确保状态更新的可靠性至关重要，特别是在无人机对无人机和无人机对网络场景中。

一般来说，成功的解码概率随着重传尝试的增加而增加，尽管以时效性的损失为代价。因此，我们可以识别出在减少状态更新程度的重传次数和增加解码错误概率之间的内在权衡。我们在无人机对无人机和无人机对网络场景下利用无人机辅助通信网络的模型将预期的信息年龄最小化，以支持及时和可靠的决策。此外，所制定的调度政策对于促进和加强状态更新的可靠性是至关重要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机自组网可靠传输时效性评估与计算方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人机自组网可靠传输时效性评估与计算方法，包括以下步骤：

S1：在无人机自组网系统下，每个用户根据速率为

S2：所有数据包按照先到先服务原则排队等候进入发送阶段；

S3：数据包通过易出错的通信链路传递到处理单元，如果所有数据包均被成功解码，目的地向源发送确认反馈，否则发送非确认反馈；

S4：采取固定冗余随机混合重传机制对于未正确接收的数据包进行重传；

S5：通过信息年龄AoI评估采用固定冗余随机混合重传机制下的M/G/1单源排队通信系统或M/M/1多源排队通信系统的可靠传输时效性，其中M/G/1为数据包发送时间间隔服从负指数分布，数据包服务时间服从一般分布的排队系统；M/M/1为数据包发送时间间隔与数据包服务时间均服从负指数分布。

进一步，所述无人机自组网系统中包括多个无人机节点以及多个地面用户，地面用户时刻处于向无人机群发送数据包的状态，无人机通过构建它们之间的通信拓扑链路来形成无人机自组网；

所述无人机自组网在与地面用户进行信息交互时共有两种通信方式：无人机和无人机之间通信以及无人机和地面用户之间通信；

无人机和无人机之间通信链路以及无人机和地面用户之间通信链路的信道衰落与干扰服从不同的统计分布模式，以二进制比特消除信道和Nakagami-m衰落信道来分别模拟无人机和无人机之间通信信道以及无人机和地面用户之间通信信道。

进一步，一个数据包含有

进一步，单次传输中无人机和无人机之间通信链路的错误概率

其中

单次传输中无人机和地面用户之间通信信道的错误概率

其中，m为Nakagami-m信道引入的参数，

进一步，在固定冗余随机混合重传机制下，用户以编码速率R = k/n对数据包进行编码；若传输失败，选择再次传输该数据包时，以多次总共超过k个正确的信息符号，则表示此数据包接收成功；

固定冗余随机混合重传机制允许编码操作将当前的重传尝试与以前失败的数据包相结合；如果在第一次尝试中成功解码

进一步，在步骤S5中，将时间平均信息年龄

其中，i表示第i个数据包，

进一步，在采用固定冗余随机混合重传机制下的M/G/1单源排队通信系统中，通过采用嵌入式节点分析方法，将M/G/1单源排队通信系统中的信息年龄定义为：

其中，

进一步，在采用固定冗余随机混合重传机制下的M/M/1多源排队通信系统中，信息年龄为：

其中，

通过代入嵌入式节点分析方法和矩母函数映射方法得到采用FR-HARQ协议的M/M/1多源排队通信系统中的信息年龄AoI为：

其中，

本发明的有益效果在于：本发明在通过重传机制保障了系统的可靠传输的前提下，着重测量了时效性，并对其在一定程度上进行优化，对无人机自组网设计以及时效性分析具有借鉴参考意义。

本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为无人机自组网系统示意图；

图2为无人机自组网可靠传输时效性评估与计算方法流程图；

图3为信息年龄示意图。

具体实施方式

本发明提供一种无人机自组网可靠传输时效性评估与计算方法的系统模型如图1所示。其中共有

其中无人机自组网在与地面用户进行信息交互时共有两种通信方式：无人机和无人机之间通信以及无人机和地面用户之间通信。无人机和无人机之间通信模式指图1中的无人机

图2为通信流程图，多源用户如

在无人机自组网系统下，每个用户根据速率为

在无人机自组网系统通信链路中，单次传输中无人机和无人机之间通信链路的错误概率

其中

单次传输中无人机和地面用户之间通信信道的错误概率

其中，m为Nakagami-m信道引入的参数，

本实施例采取固定冗余随机混合重传机制对于未正确接收的数据包进行重传，以提高正确接收概率。在固定冗余随机混合重传机制下，用户以编码速率R = k/n对数据包进行编码。当传输失败，选择再次传输该数据包时，以多次总共超过k个正确的信息符号，则表示此数据包接收成功。此外，固定冗余随机混合重传机制允许编码操作将当前的重传尝试与以前失败的数据包相结合。如果在第一次尝试中成功解码

如图3所示，信息年龄AoI是用来衡量当前时刻与最近接收的数据包的时间戳之间的差值，AoI的各瞬时值用曲线图的实黑粗线表示。当没有接收到数据包时，它呈线性增加。然而，在状态更新时，它经历了一个急剧的下降。本实施例将时间平均信息年龄

其中，

首先，通过研究采用固定冗余随机混合重传机制下的M/G/1单源排队通信系统中的信息年龄AoI来评估其传输时效性。通过采用嵌入式节点分析方法，将M/G/1单源排队通信系统中的信息年龄最终可得到

其中，

其次，对于采用固定冗余随机混合重传机制下的M/M/1多源排队通信系统中的信息年龄AoI，与之前的单源系统不同，多源系统每个信源用户都会向信宿无人机以间隔时间服从负指数分布的形式发送数据包，每个源的数据包都会对其他源的数据包的时效性产生延迟效果，也会受到其他数据包时效性的干扰。此时多源系统的信息年龄转化为：

其中，

通过代入嵌入式节点分析方法和矩母函数映射方法可以得到采用FR-HARQ协议的M/M/1多源排队通信系统中的信息年龄AoI为：

其中，

在无人机和无人机之间通信情况以及无人机和地面用户之间通信情况下，在

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。