CN116056218B - 一种tdma组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，包括：当发节点无人机的物理层在本节点发时隙中收到来自上层的数据后，识别该数据为高优先级低时延数据，判断如有低优先级数据正在调制发送中，立即停止对低优先级数据的发送，改为对高优先级低时延数据进行调制发送；收节点无人机的物理层在做信号到达判定时，对相关峰进行实时检测，对有序形成的多个相关峰进行数量统计，做信号到达判定，提高到达判定准确性，降低到达判定的虚警率，特别是抢占传输的高优先级低时延数据信号到达判定的虚警率；同时，使用检测到相关峰和进入对数据的解调状态之后继续进行信号到达判定的策略，保证高优先级低时延数据抢占传输的信号仍能接收到。

Description

一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法
技术领域
本发明涉及无人机TDMA组网技术领域，具体而言，涉及一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法。
背景技术
随着无人机自主性、智能化、多任务等方面要求的提高，无人机的应用已从单机执行任务发展到多机集群组网。多架无人机组成一个协作团队，每架无人机承担不同的使命，有的无人机负责前线侦察，有的无人机负责信息融合处理，有的无人机负责协调分配任务，有的无人机负责靠后打击，有的负责通信中继等等，也有的无人机承担数种角色，身兼数职。
无人机集群协同执行任务，主要依赖于先进开放的组网通信，将多架无人机的信息进行协同交互，从而快速有效地完成任务。时分多址接入（Time DivisionMultipleAccess，缩写：TDMA）模式是无人机集群组网通信中常用的一种，它允许多个用户在不同的时隙（时间片）来使用相同的频率传输数据。无人机TDMA组网通信是在一个无线载波上，把时间分割成若干时隙，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。如图1所示，***根据一定的时隙分配原则，使各个发节点无人机只能在指定的发时隙向外发射信号，收节点无人机可以在各时隙中接收到各发节点无人机的信号而互不干扰。
无人机TDMA组网通信，在物理层可以使用不同的调制方式（如：BPSK、QPSK、MSK等），但从波形结构上来说，均为突发式的。每个无人机节点上均有组网通信设备，其物理层收到上层数据后进行组帧等预处理，将数据缓存，待分配给本节点的发时隙到来时，再将数据进行调制发送出去。同时，每个无人机节点上组网通信设备的物理层通过PN码匹配检测相关峰的方式，检测无线信道中是否有信号到达，当检测到有信号到达时，进行数据解调处理，还原数据并发送给上层，如图2所示。
无人机集群执行任务时，有多种数据类型在机间交互，不同类型的数据有不同的传输时延要求，因此，在设计上会对数据进行高低优先级、高低时延的区分。某些高优先级低时延数据（如：侦察数据、攻击数据、电子战数据等）需及时传输出去，供其他无人机使用。传统的无人机TDMA组网通信中，当物理层收到来自上层的数据时，即便当前时间处于本节点的发时隙中，但如果有上一包数据正在调制发送，则需等到本节点的下一个发时隙到来后再进行调制发送。处于收状态的无人机节点物理层进行信号到达检测，当检测到相关峰后，判定信号达到，即刻停止信号到达检测，进行后续的数据解调处理，解调完成后再继续进行信号达到检测。从而出现高优先级低时延数据在本节点发时隙中到达物理层时，不能及时调制发送出去的问题，降低无人机信息共享、融合处理的效率，以及协同侦察、协同攻击的及时反应能力。随着无人机集群节点数量的增多，在无人机TDMA组网通信中分配给每个无人机节点的时隙变少，这种现象更明显。而现有的QoS保证方法均是在物理层以上对高优先级低时延数据进行高优先排队的处理，并未在物理层设计更好的处理机制。
发明内容
本发明旨在针对无人机集群节点数量多、协同侦察攻击中某些数据需及时进行传输共享的特点，以及现有无人机TDMA组网通信物理层传输机制存在的不足，利用低优先级数据可容忍丢弃或高延迟的特点，提出一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，设计物理层的调制解调处理逻辑，使无人机间高优先级低时延数据在本节点发时隙内到达物理层后及时传输，降低其延迟传输率，从而提高无人机集群节点之间信息共享、融合处理的效率，提升无人机集群协同侦察、协同攻击的及时反应能力。
本发明提供的一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，包括：
当发节点无人机的物理层在本节点发时隙中收到来自上层的数据后，识别该数据为高优先级低时延数据，判断如有低优先级数据正在调制发送中，立即停止对低优先级数据的发送，改为对高优先级低时延数据进行调制发送；
收节点无人机的物理层在做信号到达判定时，对相关峰进行实时检测，对有序形成的多个相关峰进行数量统计，做信号到达判定；同时，使用检测到相关峰和进入对数据的解调状态之后继续进行信号到达判定的策略，以保证高优先级低时延数据抢占传输的信号仍能被接收到。
进一步的，高优先级低时延数据抢占传输的物理层数据帧波形结构包括：
波形前部的N个同步头；
紧随N个同步头后面的数据块个数标识M；
最后是紧随数据块个数标识M后面的M个数据块。
进一步的，高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制实现方法包括：
上层数据类型判定和参数计算：对来自上层的数据优先级和时延类型标识进行解析，计算调制发送此数据需占用的时间和组帧后的数据块个数；
数据组帧：对来自上层的数据分块，并按设定的格式组帧；
数据缓存：对组帧后的数据进行缓存，等待调制发送指示到来后取出；
时隙维护：对TDMA组网通信的时间和本节点的时隙进行维护，给出当前时间是否在本时隙中标识和本节点发时隙到达指示；
本节点发时隙运行时间计时：对本节点在其发时隙内已经过的时间进行计时，当本节点发时隙到来时从0开始计时，一直到本节点发时隙结束；
计时值比较：对本节点发时隙运行时间计时的计时值和调制发送数据需占用的时间进行比较，给出本发时隙剩余时间是否足够发送此数据的指示；
数据类型优先级比较：对来自上层的数据优先级和时延类型与正在调制发送的数据优先级和时延类型进行比较，给出优先级比较结果标识；
数据可否调制发送判定：根据正在调制发送数据的指示、当前时间是否在本节点发时隙中标识、本发时隙剩余时间是否足够发送此数据的指示以及本节点发时隙到达指示，判定数据可否开始调制发送，并给出数据可调制发送指示；
数据调制：在收到数据可调制发送指示后，对数据进行调制发送，并给出正在调制发送数据的指示和正在调制发送的数据优先级标识。
进一步的，高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制运行流程，包括如下步骤：
S101，初始化：同步头个数N，本节点发时隙时间长度Tslot，开启本节点时隙运行时间计时器tS=tS+1；
S102，等待来自上层的数据X到达；
S103，当来自上层的数据X到达时，解析数据X的优先级和时延类型标识，根据数据长度计算需调制发送此数据的时间tF，计算需组帧的数据块个数M；
S104，对数据X组帧和缓存；
S105，判断当前时间是否处于本节点发时隙中，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S106；
S106，判断本时隙剩余时间是否足够发送此数据，即(Tslot-tS)≥tF？，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S107；
S107，判断当前是否有数据X-1正在调制发送，如果否，则跳转至步骤S110，如果是，则执行步骤S108；
S108，判断数据X是否为高优先级低时延，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S109；
S109，当前正在调制发送的数据X-1是否为高优先级低时延，如果是，则跳转至步骤S111，如果否，则立即停止对数据X-1的调制发送，继续执行步骤S110；
S110，开始对N个同步头、数据块个数标识M以及来自上层的数据X进行调制发送，同时等待下一个上层数据X+1的到来，并跳转至步骤S102；
S111，当正在调制发送的数据X-1为高优先级低时延时，需等待正在调制发送的数据X-1发送完毕；
S112，判断正在调制发送的数据X-1是否发送完毕，如果否，则继续等待，如果是，则执行步骤S113；
S113，判断当前时间是否处于本节点发时隙中，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S114；
S114，判断本时隙剩余时间是否足够发送此数据，即(Tslot-tS)≥tF？，如果是，则跳转至步骤S110，如果否，则执行步骤S115；
S115，等待本节点的下一个发时隙到来；
S116，判断本节点的下一个发时隙是否到来，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则跳转至步骤S110。
进一步的，高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调实现方法，包括：
相关峰检测：使用PN码滑动相关匹配的方式，对接收信号进行处理，计算出相关值，判断有相关峰到达后，给出相关峰到达指示；
计时：在每个接收信号的首个相关峰到达后开始计时，实时输出计时值；
计时值比较：结合相关峰到达指示、相关峰位置计数器值pPN、同步头时间长度TPN、相关峰时间窗2τ和计时值t的综合判断，给出计时清零重新启动指示、相关峰位置计数器值置1指示、相关峰检测计数器值置1指示、相关峰位置计数器值加1指示以及相关峰检测计数器值加1指示；
相关峰位置计数：在接收信号的首次相关峰到达后，结合应该出现后续相关峰的时间位置到达情况，统计应该出现的相关峰个数，实时输出相关峰位置计数值；
相关峰检测计数：对检测到的相关峰个数进行统计，实时输出相关峰检测计数值；
相关峰位置计数值比较：将相关峰检测计数值与同步头个数N进行比较，输出计时清零指示以及相关峰检测计数值比较指示；
相关峰检测计数值比较：相关峰检测计数值比较指示到达时，将相关峰检测计数值与同步头检测数量门限thPN进行比较，输出信号到达判定有效指示以及“信号到达判定”所有逻辑状态回0指示；
数据块个数标识解调：在收到信号到达判定有效指示后，对数据块个数标识进行解调，输出数据块个数标识解调完指示和数据块个数M；
数据块解调个数计数值比较：将数据块解调个数计数值和数据块个数M进行比较，输出解调完成指示；
数据解调：在收到数据块个数标识解调完指示后，对数据块内容进行解调，实时输出数据块解调个数计数值，在收到解调完成指示后，输出“数据帧解调”所有逻辑状态回0指示，并将解调的数据输出给上层。
进一步的，高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调运行流程，包括如下步骤：
S201，等待信号到达判定有效指示；
S202，进入全时信号到达判定流程：
S202-1，初始化：同步头个数N，同步头检测数量门限thPN，thPN≤N，相关峰时间窗2τ以及同步头时间长度TPN；
S202-2，令计时器值t=0，相关峰检测计数器值nPN=0，相关峰位置计数器值pPN=0；
S202-3，进行相关峰检测，当检测到相关峰时，执行步骤S202-4；
S202-4，启动计时器，进行t=t+1计时，令相关峰检测计数器值nPN=1，令相关峰位置计数器值pPN=1；
S202-5，判断当t＜pPN*TPN-τ时，是否检测到相关峰，如果是，则令计时器值t=0，跳转至步骤S202-4，如果否，则执行步骤S202-6；
S202-6，判断当t≥pPN*TPN-τ且t≤pPN*TPN+τ时，是否检测到相关峰，如果否，则令相关峰位置计数器值加1，如果是，则令相关峰检测计数器值加1，令相关峰位置计数器值加1；
S202-7，判断相关峰位置计数器值pPN是否达到N，如果否，则跳转至步骤S202-5，如果是，则执行步骤S202-8；
S202-8，相关峰检测计数器值是否大于等于同步头检测数量门限，如果否，则直接跳转至步骤S202-2，如果是，则给出信号到达判定有效的指示，并跳转至步骤S202-2继续进行相关峰检测；
S203，当信号到达判定有效指示到来时，开始数据帧的解调；
S204，首先解调数据块个数标识M，同时按照步骤S202-2~S202-8的流程继续进行信号到达判定，当信号到达判定有效指示再次到来，停止解调，丢弃当前解调的所有数据，并跳转到步骤S203开始新到来的数据帧解调，否则继续解调数据块个数标识M；
S205，待数据块个数标识解调完成，开始解调数据块，同时按照步骤202-1~202-8的流程继续进行信号到达判定，当信号到达判定有效指示再次到来，停止解调，丢弃当前解调的所有数据，并跳转到步骤S203开始新到来的数据帧解调，否则继续解调当前帧的数据块；
S206，当判断到M个数据块已解调完成，将解调数据输出给上层，同时跳转至步骤S201，等待下一个数据帧信号的到达。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明针对无人机集群节点数量多、协同侦察攻击中某些数据需及时进行传输共享的需求，设计了一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，该方法利用低优先级数据可容忍丢弃或高延迟的特点，运用抢占调制和全时信号达到判定的策略，在物理层处理上将发节点正在调制中的低优先级数据终止发送，让高优先级低时延数据在发时隙及时发送，收节点及时检测和解调，降低了高优先级低时延数据的延迟传输率，从而提高集群无人机间信息共享、融合处理的效率，提升协同侦察、协同攻击的及时反应能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为TDMA组网工作原理图。
图2为TDMA组网物理层调制解调原理图。
图3为本发明实施例中无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层数据帧波形结构示意图。
图4为本发明实施例中无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制实现方法的逻辑框图。
图5为本发明实施例中无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制运行流程图。
图6为本发明实施例中无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调实现方法的逻辑框图。
图7为本发明实施例中无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调运行流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图3~图7所示，本实施例提出一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，包括：
当发节点无人机的物理层在本节点发时隙中收到来自上层的数据后，识别该数据为高优先级低时延数据，判断如有低优先级数据正在调制发送中，立即停止对低优先级数据的发送，改为对高优先级低时延数据进行调制发送；
收节点无人机的物理层在做信号到达判定时，对相关峰进行实时检测，对有序形成的多个相关峰进行数量统计，做信号到达判定，从而提高到达判定准确性，降低到达判定的虚警率，特别是抢占传输的高优先级低时延数据信号到达判定的虚警率；同时，使用检测到相关峰和进入对数据的解调状态之后继续进行信号到达判定的策略，以保证高优先级低时延数据抢占传输的信号仍能被接收到。
无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层数据帧波形结构如图3所示，包括：
波形前部的N个同步头，将PN码序列进行调制，多个同步头的设计可以用于收节点在进行信号到达判定时进行相关峰的数量统计，提高判定准确性，降低到达判定的虚警率，特别是抢占传输的高优先级低时延数据信号到达判定的虚警率；
紧随N个同步头后面的数据块个数标识M，将其调制后，由收节点解调出来，用于判断需解调的数据长度；
最后是紧随数据块个数标识M后面的M个数据块；
无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制实现方法如图4所示，包括：
上层数据类型判定和参数计算：对来自上层的数据优先级和时延类型标识进行解析，计算调制发送此数据需占用的时间和组帧后的数据块个数；
数据组帧：对来自上层的数据分块，并按设定的格式组帧；
数据缓存：对组帧后的数据进行缓存，等待调制发送指示到来后取出；
时隙维护：对TDMA组网通信的时间和本节点的时隙进行维护，给出当前时间是否在本时隙中标识和本节点发时隙到达指示；
本节点发时隙运行时间计时：对本节点在其发时隙内已经过的时间进行计时，当本节点发时隙到来时从0开始计时，一直到本节点发时隙结束；
计时值比较：对本节点发时隙运行时间计时的计时值和调制发送数据需占用的时间进行比较，给出本发时隙剩余时间是否足够发送此数据的指示；
数据类型优先级比较：对来自上层的数据优先级和时延类型与正在调制发送的数据优先级和时延类型进行比较，给出优先级比较结果标识；
数据可否调制发送判定：根据正在调制发送数据的指示、当前时间是否在本节点发时隙中标识、本发时隙剩余时间是否足够发送此数据的指示以及本节点发时隙到达指示，判定数据可否开始调制发送，并给出数据可调制发送指示；
数据调制：在收到数据可调制发送指示后，对数据进行调制发送，并给出正在调制发送数据的指示和正在调制发送的数据优先级标识。
无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制运行流程如图5所示，具体实现步骤如下：
S101，初始化：同步头个数N，本节点发时隙时间长度Tslot，开启本节点时隙运行时间计时器tS=tS+1（当本节点发时隙到来时tS从0开始计时）；
S102，等待来自上层的数据X到达；
S103，当来自上层的数据X到达时，解析数据X的优先级和时延类型标识，根据数据长度计算需调制发送此数据的时间tF（含发送N个同步头和数据块个数标识M的时间），计算需组帧的数据块个数M；
S104，对数据X组帧和缓存；
S105，判断当前时间是否处于本节点发时隙中，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S106；
S106，判断本时隙剩余时间是否足够发送此数据，即(Tslot-tS)≥tF？，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S107；
S107，判断当前是否有数据X-1正在调制发送，如果否，则跳转至步骤S110，如果是，则执行步骤S108；
S108，判断数据X是否为高优先级低时延，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S109；
S109，当前正在调制发送的数据X-1是否为高优先级低时延，如果是，则跳转至步骤S111，如果否，则立即停止对数据X-1的调制发送，继续执行步骤S110；
S110，开始对N个同步头、数据块个数标识M以及来自上层的数据X进行调制发送，同时等待下一个上层数据X+1的到来，并跳转至步骤S102；
S111，当正在调制发送的数据X-1为高优先级低时延时，需等待正在调制发送的数据X-1发送完毕；
S112，判断正在调制发送的数据X-1是否发送完毕，如果否，则继续等待，如果是，则执行步骤S113；
S113，判断当前时间是否处于本节点发时隙中，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S114；
S114，判断本时隙剩余时间是否足够发送此数据，即(Tslot-tS)≥tF？，如果是，则跳转至步骤S110，如果否，则执行步骤S115；
S115，等待本节点的下一个发时隙到来；
S116，判断本节点的下一个发时隙是否到来，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则跳转至步骤S110。
无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调实现方法如图6所示，包括：
相关峰检测：使用PN码滑动相关匹配的方式，对接收信号进行处理，计算出相关值，判断有相关峰到达后，给出相关峰到达指示；
计时：在每个接收信号的首个相关峰到达后开始计时，实时输出计时值；
计时值比较：结合相关峰到达指示、相关峰位置计数器值pPN、同步头时间长度TPN、相关峰时间窗2τ和计时值t的综合判断，给出计时清零重新启动指示、相关峰位置计数器值置1指示、相关峰检测计数器值置1指示、相关峰位置计数器值加1指示以及相关峰检测计数器值加1指示；
相关峰位置计数：在接收信号的首次相关峰到达后，结合应该出现后续相关峰的时间位置到达情况，统计应该出现的相关峰个数，实时输出相关峰位置计数值；
相关峰检测计数：对检测到的相关峰个数进行统计，实时输出相关峰检测计数值；
相关峰位置计数值比较：将相关峰检测计数值与同步头个数N进行比较，输出计时清零指示以及相关峰检测计数值比较指示；
相关峰检测计数值比较：相关峰检测计数值比较指示到达时，将相关峰检测计数值与同步头检测数量门限thPN进行比较，输出信号到达判定有效指示以及“信号到达判定”所有逻辑状态回0指示；
数据块个数标识解调：在收到信号到达判定有效指示后，对数据块个数标识进行解调，输出数据块个数标识解调完指示和数据块个数M；
数据块解调个数计数值比较：将数据块解调个数计数值和数据块个数M进行比较，输出解调完成指示；
数据解调：在收到数据块个数标识解调完指示后，对数据块内容进行解调，实时输出数据块解调个数计数值，在收到解调完成指示后，输出“数据帧解调”所有逻辑状态回0指示，并将解调的数据输出给上层。
无人机TDMA组网通信中高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调分为全时信号到达判定和数据帧解调两组流程，如图7所示，具体实现步骤如下：
S201，等待信号到达判定有效指示；
S202，进入全时信号到达判定流程：
S202-1，初始化：同步头个数N，同步头检测数量门限thPN，thPN≤N，相关峰时间窗2τ以及同步头时间长度TPN（波形上一个同步头持续的时间长度）；
S202-2，令计时器值t=0，相关峰检测计数器值nPN=0，相关峰位置计数器值pPN=0；
S202-3，进行相关峰检测，当检测到相关峰时，执行步骤S202-4；
S202-4，启动计时器，进行t=t+1计时，令相关峰检测计数器值nPN=1，令相关峰位置计数器值pPN=1；
S202-5，判断当t＜pPN*TPN-τ时，是否检测到相关峰，如果是，则令计时器值t=0，跳转至步骤S202-4，如果否，则执行步骤S202-6；
S202-6，判断当t≥pPN*TPN-τ且t≤pPN*TPN+τ时，是否检测到相关峰，如果否，则令相关峰位置计数器值加1（pPN=pPN+1），如果是，则令相关峰检测计数器值加1（nPN=nPN+1），令相关峰位置计数器值加1（pPN=pPN+1）；
S202-7，判断相关峰位置计数器值pPN是否达到N（pPN=N？），如果否，则跳转至步骤S202-5，如果是，则执行步骤S202-8；
S202-8，相关峰检测计数器值是否大于等于同步头检测数量门限（nPN≥thPN？），如果否，则直接跳转至步骤S202-2，如果是，则给出信号到达判定有效的指示，并跳转至步骤S202-2继续进行相关峰检测；
S203，当信号到达判定有效指示到来时，开始数据帧的解调；
S204，首先解调数据块个数标识M，同时按照图7所示的步骤S202-2~S202-8的流程继续进行信号到达判定，当信号到达判定有效指示再次到来，停止解调，丢弃当前解调的所有数据，并跳转到步骤S203开始新到来的数据帧解调，否则继续解调数据块个数标识M；
S205，待数据块个数标识解调完成，开始解调数据块，同时按照图7所示的步骤S202-2~S202-8的流程继续进行信号到达判定，当信号到达判定有效指示再次到来，停止解调，丢弃当前解调的所有数据，并跳转到步骤S203开始新到来的数据帧解调，否则继续解调当前帧的数据块；
S206，当判断到M个数据块已解调完成，将解调数据输出给上层，同时跳转至步骤S201，等待下一个数据帧信号的到达。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，其特征在于，包括：
当发节点无人机的物理层在本节点发时隙中收到来自上层的数据后，识别该数据为高优先级低时延数据，判断如有低优先级数据正在调制发送中，立即停止对低优先级数据的发送，改为对高优先级低时延数据进行调制发送；
收节点无人机的物理层在做信号到达判定时，对相关峰进行实时检测，对有序形成的多个相关峰进行数量统计，做信号到达判定；同时，使用检测到相关峰和进入对数据的解调状态之后继续进行信号到达判定的策略，以保证高优先级低时延数据抢占传输的信号仍能被接收到；
高优先级低时延数据抢占传输的物理层数据帧波形结构包括：
波形前部的N个同步头；
紧随N个同步头后面的数据块个数标识M；
最后是紧随数据块个数标识M后面的M个数据块；
高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制实现方法包括：
上层数据类型判定和参数计算：对来自上层的数据优先级和时延类型标识进行解析，计算调制发送此数据需占用的时间和组帧后的数据块个数；
数据组帧：对来自上层的数据分块，并按设定的格式组帧；
数据缓存：对组帧后的数据进行缓存，等待调制发送指示到来后取出；
时隙维护：对TDMA组网通信的时间和本节点的时隙进行维护，给出当前时间是否在本时隙中标识和本节点发时隙到达指示；
本节点发时隙运行时间计时：对本节点在其发时隙内已经过的时间进行计时，当本节点发时隙到来时从0开始计时，一直到本节点发时隙结束；
计时值比较：对本节点发时隙运行时间计时的计时值和调制发送数据需占用的时间进行比较，给出本发时隙剩余时间是否足够发送此数据的指示；
数据类型优先级比较：对来自上层的数据优先级和时延类型与正在调制发送的数据优先级和时延类型进行比较，给出优先级比较结果标识；
数据可否调制发送判定：根据正在调制发送数据的指示、当前时间是否在本节点发时隙中标识、本发时隙剩余时间是否足够发送此数据的指示以及本节点发时隙到达指示，判定数据可否开始调制发送，并给出数据可调制发送指示；
数据调制：在收到数据可调制发送指示后，对数据进行调制发送，并给出正在调制发送数据的指示和正在调制发送的数据优先级标识；
高优先级低时延数据抢占传输的物理层调制运行流程，包括如下步骤：
S101，初始化：同步头个数N，本节点发时隙时间长度Tslot，开启本节点时隙运行时间计时器tS=tS+1；
S102，等待来自上层的数据X到达；
S103，当来自上层的数据X到达时，解析数据X的优先级和时延类型标识，根据数据长度计算需调制发送此数据的时间tF，计算需组帧的数据块个数M；
S104，对数据X组帧和缓存；
S105，判断当前时间是否处于本节点发时隙中，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S106；
S106，判断本时隙剩余时间是否足够发送此数据，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S107；
S107，判断当前是否有数据X-1正在调制发送，如果否，则跳转至步骤S110，如果是，则执行步骤S108；
S108，判断数据X是否为高优先级低时延，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S109；
S109，当前正在调制发送的数据X-1是否为高优先级低时延，如果是，则跳转至步骤S111，如果否，则立即停止对数据X-1的调制发送，继续执行步骤S110；
S110，开始对N个同步头、数据块个数标识M以及来自上层的数据X进行调制发送，同时等待下一个上层数据X+1的到来，并跳转至步骤S102；
S111，当正在调制发送的数据X-1为高优先级低时延时，需等待正在调制发送的数据X-1发送完毕；
S112，判断正在调制发送的数据X-1是否发送完毕，如果否，则继续等待，如果是，则执行步骤S113；
S113，判断当前时间是否处于本节点发时隙中，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则执行步骤S114；
S114，判断本时隙剩余时间是否足够发送此数据，如果是，则跳转至步骤S110，如果否，则执行步骤S115；
S115，等待本节点的下一个发时隙到来；
S116，判断本节点的下一个发时隙是否到来，如果否，则跳转至步骤S115，如果是，则跳转至步骤S110。
2.根据权利要求1所述的TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，其特征在于，高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调实现方法，包括：
相关峰检测：使用PN码滑动相关匹配的方式，对接收信号进行处理，计算出相关值，判断有相关峰到达后，给出相关峰到达指示；
计时：在每个接收信号的首个相关峰到达后开始计时，实时输出计时值；
计时值比较：结合相关峰到达指示、相关峰位置计数器值pPN、同步头时间长度TPN、相关峰时间窗2τ和计时值t的综合判断，给出计时清零重新启动指示、相关峰位置计数器值置1指示、相关峰检测计数器值置1指示、相关峰位置计数器值加1指示以及相关峰检测计数器值加1指示；
相关峰位置计数：在接收信号的首次相关峰到达后，结合应该出现后续相关峰的时间位置到达情况，统计应该出现的相关峰个数，实时输出相关峰位置计数值；
相关峰检测计数：对检测到的相关峰个数进行统计，实时输出相关峰检测计数值；
相关峰位置计数值比较：将相关峰检测计数值与同步头个数N进行比较，输出计时清零指示以及相关峰检测计数值比较指示；
相关峰检测计数值比较：相关峰检测计数值比较指示到达时，将相关峰检测计数值与同步头检测数量门限thPN进行比较，输出信号到达判定有效指示以及“信号到达判定”所有逻辑状态回0指示；
数据块个数标识解调：在收到信号到达判定有效指示后，对数据块个数标识进行解调，输出数据块个数标识解调完指示和数据块个数M；
数据块解调个数计数值比较：将数据块解调个数计数值和数据块个数M进行比较，输出解调完成指示；
数据解调：在收到数据块个数标识解调完指示后，对数据块内容进行解调，实时输出数据块解调个数计数值，在收到解调完成指示后，输出“数据帧解调”所有逻辑状态回0指示，并将解调的数据输出给上层。
3.根据权利要求2所述的TDMA组网通信中低时延数据物理层抢占传输方法，其特征在于，高优先级低时延数据抢占传输的物理层解调运行流程，包括如下步骤：
S201，等待信号到达判定有效指示；
S202，进入全时信号到达判定流程：
S202-1，初始化：同步头个数N，同步头检测数量门限thPN，thPN≤N，相关峰时间窗2τ以及同步头时间长度TPN；
S202-2，令计时器值t=0，相关峰检测计数器值nPN=0，相关峰位置计数器值pPN=0；
S202-3，进行相关峰检测，当检测到相关峰时，执行步骤S202-4；
S202-4，启动计时器，进行t=t+1计时，令相关峰检测计数器值nPN=1，令相关峰位置计数器值pPN=1；
S202-5，判断当t＜pPN*TPN-τ时，是否检测到相关峰，如果是，则令计时器值t=0，跳转至步骤S202-4，如果否，则执行步骤S202-6；
S202-6，判断当t≥pPN*TPN-τ且t≤pPN*TPN+τ时，是否检测到相关峰，如果否，则令相关峰位置计数器值加1，如果是，则令相关峰检测计数器值加1，令相关峰位置计数器值加1；
S202-7，判断相关峰位置计数器值pPN是否达到N，如果否，则跳转至步骤S202-5，如果是，则执行步骤S202-8；
S202-8，相关峰检测计数器值是否大于等于同步头检测数量门限，如果否，则直接跳转至步骤S202-2，如果是，则给出信号到达判定有效的指示，并跳转至步骤S202-2继续进行相关峰检测；
S203，当信号到达判定有效指示到来时，开始数据帧的解调；
S204，首先解调数据块个数标识M，同时按照步骤S202-2~S202-8的流程继续进行信号到达判定，当信号到达判定有效指示再次到来，停止解调，丢弃当前解调的所有数据，并跳转到步骤S203开始新到来的数据帧解调，否则继续解调数据块个数标识M；
S205，待数据块个数标识解调完成，开始解调数据块，同时按照步骤S202-2~S202-8的流程继续进行信号到达判定，当信号到达判定有效指示再次到来，停止解调，丢弃当前解调的所有数据，并跳转到步骤S203开始新到来的数据帧解调，否则继续解调当前帧的数据块；
S206，当判断到M个数据块已解调完成，将解调数据输出给上层，同时跳转至步骤S201，等待下一个数据帧信号的到达。
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