[發明專利]一種無人機輔助物聯網通信裝置的資源分配控制方法

有效

• 申請號: 201910544201.0
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110392357B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 許杰;張鵬宇;謝禮峰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04L67/12
• 分類號: H04L67/12;H04W4/38;H04W72/04;H04W72/08;H04B7/185;G08C17/02;G05D1/10
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開了一種無人機輔助物聯網通信裝置的資源分配控制方法，利用無人機作為可移動的空中控制中心，收集傳感器信息，同時向執行器發送相應的命令信號；該物聯網通信網絡運用新型的有限碼長超可靠低時延通信傳輸模式，在保證通信的可靠性的情況下，同時滿足系統的低時延要求；與傳統意義上的物聯網系統不同，無人機靈活的移動性和可操控性加上其與物聯網節點之間有著更好的無線信道環境，可以大大提高通信可靠性，使系統的資源利用率和效率達到最大，從而提升整個系統的性能。

技術領域

發明涉及無人機技術應用領域以及超可靠低時延通信(Ultra-Reliable Low-Latency Communication,URLLC)領域，具體涉及一種無人機輔助物聯網通信裝置的資源分配控制方法。

背景技術

物聯網技術已經踏入新一代發展浪潮，海量的新型設備和節點將接入網絡并產生大量的數據。未來物聯網應用將同時接入大量節點并同時服務多種不同的業務類型，這要求物聯網應用必須具備更多的性能特性以滿足不同的節點的接入需求和不同業務的性能要求。在傳統的無線通信研究中，以往的設計往往通過無線資源分配的優化來提高吞吐量。隨著通信網絡的進一步發展，一些新興業務的出現使得網絡吞吐量不再是通信網絡設計的主要指標，如增強現實，虛擬現實，工業自動化，高精尖遠程控制技術等時延敏感型應用都迫切需要超可靠低時延通信(Ultra-Reliable Low-Latency Communication,URLLC)技術的支持。這種利用有限長編碼的信息傳輸技術可以達到10^-9的誤包率以及小于1ms的端到端時延。因此，引入URLLC技術對未來無線通信網絡架構的發展具有重大意義。

在物聯網系統中，傳感器將從環境中監測到的信息發送到控制中心，控制中心首先處理接收到的數據，然后發送相應的命令信號到執行器以響應傳感器。

在應對一些時延敏感型的物聯網業務時，如何實現傳感器到執行器之間的端到端超可靠低時延通信是一項極具挑戰性的任務。由于任務時延要求極高，所以這類業務所傳輸的數據包的碼長往往很短，這就要求本方案重新研究有限碼長下的端到端通信，其中香農理論不再適用，從而必須重新考慮通信速率，分組長度(相當于傳輸時延)和誤包率之間的基本權衡。基于以上原因，有限碼長下的URLLC技術在信息理論，信號處理和通信理論的不同方面吸引了大量的研究興趣。

近年來，國內外對于無人機輔助的通信系統的研究也逐漸興起。例如，一種最常見的無人機應用：將無人機當作一個可移動的中繼節點來輔助通信，以實現距離更遠，質量更好的通信性能，通過對無人機的飛行路徑優化和無線資源優化分配最大化通信速率。研究發現，無人機中繼的飛行路徑大致會分為兩種，一種是經過優化算法定點懸停在一個固定的最優位置上，另一種是從信息發送方通過優化后的路徑飛向信息接收方，這提高了遠距離通信的可靠性同時也讓通信的可達距離變得更遠。在另一類常見的無人機輔助通信場景中，無人機被用作移動基站來組建通信網絡，這樣可以有效擴大通信網絡覆蓋面積并同時提高網絡吞吐量，很好解決了在某些特殊場合下地面基站信號無法覆蓋所導致的通信盲區問題，并且在人員密集的場合，這種無人機輔助通信的手段可以有效減輕地面基站的通信壓力并同時提升整體的通信質量。

現有物聯網通信研究中，大多基于傳統的無線通信傳輸模式，以香農理論的信息可達速率為數學基礎建模，通過資源的優化分配來達到提高信息吞吐量的目的；但是在未來時延敏感型的物聯網應用中，信號傳輸的碼長是受限的，因此香農理論已不再適用；需要結合URLLC技術，在有限碼長的物聯網應用中滿足時延要求同時降低誤包率，提高通信可靠性。另外，傳統設計一般基于固定的基站，使得通信系統缺乏靈活性。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明通過對無人機的部署位置和通信資源配置進行聯合優化控制，以提高系統無線信息傳輸可靠性和降低無線信息傳輸時延為目的，提出一種無人機輔助物聯網通信裝置的資源分配控制方法。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：