OMNET++ 无人机自组网通信系统时隙调度器模块编写

在 OMNET++ 中，可以通过编写时隙调度器模块来实现无人机自组网通信系统的时隙分配。具体实现步骤如下：

定义消息类型

在 OMNET++ 中，可以通过定义消息类型来表示不同类型的数据包。对于本题中的四种数据类型，可以定义如下消息类型：

typedef enum { INTERACTION_DATA, TELEMETRY_DATA, INFO_IMAGE_DATA, VIDEO_DATA } DataType;

class MyMessage : public cPacket {
  private:
    DataType dataType;

  public:
    MyMessage(const char *name=NULL, int kind=0) : cPacket(name,kind) {}
    MyMessage(const MyMessage& other) : cPacket(other) { dataType = other.dataType; }

    virtual MyMessage *dup() const { return new MyMessage(*this); }
    virtual void setDataType(DataType type) { dataType = type; }
    virtual DataType getDataType() const { return dataType; }
};

在这个消息类型中，使用了一个枚举类型DataType来表示数据类型。同时，在MyMessage类中还定义了setDataType和getDataType方法来设置和获取数据类型。

编写时隙调度器模块

在 OMNET++ 中，可以通过编写时隙调度器模块来实现时隙分配。在本题中，时隙调度器模块应该实现如下功能：

在每个时隙开始时，根据时隙类型分配相应的短时隙或长时隙；
从消息队列中取出相应类型的数据包，并发送到对应的节点；
在发送过程中，需要考虑节点之间的时延和冲突，避免数据包的丢失或重传。

下面是时隙调度器模块的代码实现：

class Scheduler : public cSimpleModule {
  private:
    int interactionDataNum;  // 机间交互数据的数目
    int telemetryDataNum;    // 遥测数据的数目
    int infoImageDataNum;    // 情报图片数据的数目
    int videoDataNum;        // 视频数据的数目
    int curSlotNum;          // 当前时隙编号
    int curSlotType;         // 当前时隙类型（0表示短时隙，1表示长时隙）
    int curSlotDataIndex;    // 当前时隙数据包的索引
    std::map<int, std::vector<MyMessage>> interactionData;  // 机间交互数据队列
    std::map<int, std::vector<MyMessage>> telemetryData;    // 遥测数据队列
    std::map<int, std::vector<MyMessage>> infoImageData;    // 情报图片数据队列
    std::map<int, std::vector<MyMessage>> videoData;        // 视频数据队列

  public:
    Scheduler();
    virtual ~Scheduler();

  protected:
    virtual void initialize();
    virtual void handleMessage(cMessage *msg);
    virtual void scheduleNextSlot();
    virtual void sendInteractionData();
    virtual void sendTelemetryData();
    virtual void sendInfoImageData();
    virtual void sendVideoData();
};

在这个时隙调度器模块中，定义了一些私有变量来记录时隙信息和数据包队列，还定义了一些方法来实现具体的时隙分配和数据发送操作。

在initialize方法中，初始化了一些变量和队列，并将第一个时隙标记为短时隙：

void Scheduler::initialize() {
    interactionDataNum = 80;
    telemetryDataNum = 30;
    infoImageDataNum = 1;
    videoDataNum = 6;
    curSlotNum = 0;
    curSlotType = 0;
    curSlotDataIndex = 0;

    // 初始化数据包队列
    for (int i = 0; i < interactionDataNum; i++) {
        interactionData[i] = std::vector<MyMessage>();
    }
    for (int i = 0; i < telemetryDataNum; i++) {
        telemetryData[i] = std::vector<MyMessage>();
    }
    for (int i = 0; i < infoImageDataNum; i++) {
        infoImageData[i] = std::vector<MyMessage>();
    }
    for (int i = 0; i < videoDataNum; i++) {
        videoData[i] = std::vector<MyMessage>();
    }

    // 将当前时隙标记为短时隙
    curSlotType = 0;

    // 安排下一个时隙
    scheduleNextSlot();
}

在scheduleNextSlot方法中，根据当前时隙信息计算下一个时隙的类型和编号，并设置定时器：

void Scheduler::scheduleNextSlot() {
    // 计算下一个时隙的类型和编号
    curSlotNum++;
    if (curSlotNum > interactionDataNum + telemetryDataNum) {
        curSlotType = 1;
        if (curSlotNum > interactionDataNum + telemetryDataNum + infoImageDataNum + videoDataNum) {
            curSlotNum = 1;
            curSlotType = 0;
        }
    }

    // 计算下一个时隙开始的时间
    simtime_t nextSlotStartTime = curSlotNum * 0.05;

    // 设置定时器
    scheduleAt(nextSlotStartTime, new cMessage("NextSlot"));
}

在handleMessage方法中，处理来自定时器的消息，根据当前时隙类型调用相应的数据发送方法：

void Scheduler::handleMessage(cMessage *msg) {
    if (msg->isSelfMessage()) {
        // 处理时隙定时器消息
        if (curSlotType == 0) {
            if (curSlotDataIndex < interactionDataNum) {
                sendInteractionData();
            } else {
                sendTelemetryData();
            }
        } else {
            if (curSlotDataIndex < infoImageDataNum) {
                sendInfoImageData();
            } else {
                sendVideoData();
            }
        }
        curSlotDataIndex++;

        // 安排下一个时隙
        scheduleNextSlot();

        // 释放消息内存
        delete msg;
    } else {
        // 处理其他消息
        EV << "Unknown message type" << endl;
        delete msg;
    }
}

在sendInteractionData、sendTelemetryData、sendInfoImageData和sendVideoData方法中，分别从对应的数据包队列中取出一个数据包，并根据节点之间的时延和冲突发送到相应的节点：

void Scheduler::sendInteractionData() {
    // 从队列中取出一个机间交互数据包
    MyMessage msg = interactionData[curSlotDataIndex][0];
    interactionData[curSlotDataIndex].erase(interactionData[curSlotDataIndex].begin());

    // 计算发送到每个节点的时延
    simtime_t delay = exponential(0.1);  // 假设时延服从指数分布，均值为0.1s
    int destNodeId = (getId() + 1) % getParentModule()->par("numNodes").intValue();  // 发送到下一个节点

    // 发送数据包
    sendDelayed(msg.dup(), delay, "out", destNodeId);
}

void Scheduler::sendTelemetryData() {
    // 从队列中取出一个遥测数据包
    MyMessage msg = telemetryData[curSlotDataIndex-interactionDataNum][0];
    telemetryData[curSlotDataIndex-interactionDataNum].erase(telemetryData[curSlotDataIndex-interactionDataNum].begin());

    // 计算发送到每个节点的时延
    simtime_t delay = exponential(0.1);  // 假设时延服从指数分布，均值为0.1s
    int destNodeId = (getId() + 1) % getParentModule()->par("numNodes").intValue();  // 发送到下一个节点

    // 发送数据包
    sendDelayed(msg.dup(), delay, "out", destNodeId);
}

void Scheduler::sendInfoImageData() {
    // 从队列中取出一个情报图片数据包
    MyMessage msg = infoImageData[0][0];
    infoImageData[0].erase(infoImageData[0].begin());

    // 计算发送到每个节点的时延
    simtime_t delay = exponential(0.1);  // 假设时延服从指数分布，均值为0.1s

    // 发送数据包
    for (int i = 0; i < getParentModule()->par("numNodes").intValue(); i++) {
        if (i != getId()) {
            sendDelayed(msg.dup(), delay, "out", i);
        }
    }
}

void Scheduler::sendVideoData() {
    // 从队列中取出一个视频数据包
    MyMessage msg = videoData[curSlotDataIndex-interactionDataNum-telemetryDataNum-infoImageDataNum][0];
    videoData[curSlotDataIndex-interactionDataNum-telemetryDataNum-infoImageDataNum].erase(videoData[curSlotDataIndex-interactionDataNum-telemetryDataNum-infoImageDataNum].begin());

    // 计算发送到每个节点的时延
    simtime_t delay = exponential(0.1);  // 假设时延服从指数分布，均值为0.1s

    // 发送数据包
    for (int i = 0; i < getParentModule()->par("numNodes").intValue(); i++) {
        if (i != getId()) {
            sendDelayed(msg.dup(), delay, "out", i);
        }
    }
}

在这些数据发送方法中，使用了exponential函数来模拟时延服从指数分布，均值为0.1s。同时，在发送数据包时，使用了sendDelayed方法来模拟时延。如果多个节点同时发送数据包到同一个节点，就会产生冲突，需要进行重传。

在场景中添加节点和时隙调度器模块

在 OMNET++ 中，可以通过配置文件来添加节点和模块。对于本题中的无人机自组网通信系统，可以编写如下配置文件：

[General]
network = DroneNetwork
sim-time-limit = 50s

**.numNodes = 4

**.schedulerType = "Scheduler"

**.node[*].numApps = 1

**.node[*].app[0].typename = "DummyApp"
**.node[*].app[0].destId = 0
**.node[*].app[0].dataType = 0
**.node[*].app[0].sendInterval = 0.1s

在这个配置文件中，定义了一个DroneNetwork网络，设置了仿真时间为50s。同时，设置了四个节点和一个Scheduler模块，以及每个节点上的一个DummyApp应用。

在Scheduler模块和DummyApp应用中，都定义了一些参数来控制时隙分配和数据发送。在这个配置文件中，设置了每个应用发送间隔为0.1s，即每个节点每秒发送10个数据包。由于本题中的时隙长度为50ms，所以每个应用每次发送一个数据包，相当于每个应用占用了时隙的1/500。

运行仿真

在 OMNET++ 中，可以通过点击运行按钮来开始仿真。在仿真过程中，可以通过界面上的图表或日志来观察节点之间的通信情况和数据包的发送情况。

在本题中，由于每个应用每次发送一个数据包，所以可以通过在日志中观察每个节点每秒发送的数据包数量来检查时隙分配是否正确。同时，还可以观察每个节点收到的数据包数量和时延来检查数据包的传输是否正常。