[發明專利]基于協作傳輸的無人機能量補給調度方法

有效

• 申請號: 201910584572.1
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110225582B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 趙林靖;張笑楠;張崗山;張順;馬建鵬;劉勤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W52/36
• 分類號: H04W52/36;H04W84/18;H04B7/185
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明提出了一種基于協作傳輸的無人機能量補給調度方法，主要解決現有無人機網絡不能為指定區域持續提供服務和備用無人機增加經費開銷的問題。其方案是：1)初始化無人機網絡；2)節點根據無人機和節點的位置確定關聯無人機；3)初始化調度窗口和每個時間片t的召回無人機集合；4)確定t的召回無人機集合，并計算召回無人機的協作簇；5)根據t的召回無人機集合，在指定區域進行無人機能量補給，并在當前時間片序號t大于無人機系統為指定區域提供服務的總時間片數目M時，無人機系統停止服務指定區域，否則，返回3)。本發明節省了備用無人機的經費開銷，保障了節點服務質量，減少了系統能量消耗，可用于無人機網絡為指定區域提供持續的服務。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種智能無人機能量補給調度方法，可用于無備用無人機情況下，無人機網絡為指定區域提供持續服務的場景。

背景技術

由于無人機較高的移動性，部署的靈活性等優點，無人機網絡可以為沒有基礎設施覆蓋的地區或地面基站過載區域提供高速無線服務。但是，由于無人機有限的能量，系統將逐漸出現能量耗盡的無人機，導致指定區域的通信中斷，不能保障地面節點的服務質量。

很多專家學者研究無人機的3維節能部署方案，減少不合理的無人機部署浪費的能量，但是該類方案只能延長無人機的單次飛行時間，并且延長的時間有限。部分研究學者嘗試采用太陽能等新型能源為無人機提供能量，但是新型能源大多嚴重依賴于環境，所獲得的能量具有不可控性。上述兩類方案由于不能解決無人機網絡不能提供持續服務的問題，因而必須設置地面能量補給站，為無人機補給能量。

Trotta A,Di Felice M,Chowdhury K R,et al.Fly and Recharge:AchievingPersistent Coverage using Small Unmanned Aerial Vehicles(SUAVs)[C].2017IEEEInternational Conference on Communications(ICC),2017:1-7中提出的分布式無人機補給能量調度方案。該方案是參考勞動力分工模型，考慮鄰居無人機的剩余能量和無人機的歷史召回信息，定義無人機召回概率。但是，該方法由于需要備用無人機替換召回無人機，以為指定區域提供持續服務，不僅增加了經費開銷和無人機配置過程，而且降低了系統中無人機的利用率。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于協作傳輸的無人機能量補給調度方法，以在無備用無人機場景下，完成無人機網絡的能量補給調度過程，延長網絡的生存時間，減少系統能量消耗，實現無人機網絡為指定區域提供持續服務。

本發明的技術方案是：通過無人機有序返回能量補給中心，避免系統中出現能量耗盡的無人機，延長系統的生存時間；通過采用提前最少時間片數目原則調整無人機的召回時刻，有效限制同一時間返回補給中心的無人機數目，避免無人機之間的影響，減少系統能耗；通過協作無人機增大發射功率，擴大覆蓋面積為召回無人機的節點繼續提供服務，保障節點服務質量。其實現步驟包括如下：

(1)初始化無人機網絡：

(1a)假設無人機集合為V，第k個無人機的鄰居無人機集合為Z_k，第k個無人機的協作簇集合為C_k，其中k＝1,2,...,L，k是無人機序號，L是網絡中無人機總數目；

(1b)設無人機系統為指定區域提供服務的總時間為T，將總時間T離散成M個等長的時間片，每個時間片t的召回無人機集合為V^*(t)，其中t是時間片序號，t＝1,2,...,M；

(1c)初始化t＝t₁＝1，t₁是召回過程的開始時刻；