[發明專利]一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法

有效

• 申請號: 202010553812.4
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111835404B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 朱小軍;龔俊超;董超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 梁耀文

1.一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)根據無人機的飛行軌跡確定各個地面節點的坐標；

(2)根據無人機的飛行計劃以及地面節點與給定的公式確定每個地面節點的初始發送區間；

(3)選擇縱坐標絕對值最小的節點加入Q，Q為用于保存最終被選中發送數據的節點的集合；

(4)從剩余節點中選擇一個節點，與Q中節點組合，協調發送區間并求取總數據量；并將可以使得總數據量最大的節點加入到Q；

(5)判斷Q中節點是否達到數量限制C，如果沒有達到數量限制C則返回步驟(4)，如果達到數量限制C則任務結束；

步驟(2)中確定每個地面節點的初始發送區間的具體步驟如下：

根據如下公式計算每個地面節點的初始發送區間：對于節點k,初始的開始發送時間為以及初始的結束時間為其中，D為節點與無人機之間的最大可通信距離，v為無人機的飛行速度，x_k和y_k分別為節點k的橫坐標和縱坐標，H為無人機的飛行高度，節點的坐標系以無人機飛行方向為橫軸正方向，其原點為無人機達到高度H開始執行數據收集時刻在地面的投影點；

所述步驟(4)中求取聯合總數據量的具體步驟如下：

(4.1)協調發送時間：從剩余未被選擇的節點中選擇一個節點加入Q，對每個節點，測試將其加入Q后系統的吞吐量；對于Q中的任意兩節點i和j,若節點i和j的發送區間重疊，則協調Q中各節點的發送區間使其不發生重疊，具體步驟如下：

先計算一個時刻p_m，其中該公式中v為無人機飛行速度，x_i，x_j，y_i，y_j分別為i和j的橫坐標和縱坐標，在此時刻前后，i和j和無人機的相對遠近關系發生了改變；如果該點位于兩節點發送區間的重疊部分內，則重疊區域以p_m為界，兩節點都將p_m作為新的發送區間的邊界；

如果節點i和j的橫坐標相等或p_m不屬于重疊區域,則縱坐標絕對值較小的節點將另外一個節點的區間合并過來,被合并節點的區間清零，區間調整為無沖突；

(4.2)計算數據量。

2.根據權利要求1所述的一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，其特征在于：所述步驟(1)中確定各個地面節點的坐標的具體步驟如下：

(1.1)無人機在抵達指定的高度后即在該高度上勻速直線飛行且地面節點皆位于二維平面上；通信信道為LOS信道，對于節點k,其傳輸速率其中W代表傳輸帶寬,β為距離是1m時的參考信噪比,P代表節點的發送功率，d_k(t)代表節點k在t時刻與無人機之間的距離，其中v為無人機的飛行速度，x_k和y_k分別為節點k的橫坐標和縱坐標，H為無人機的飛行高度；

(1.2)根據無人機的飛行計劃設定平面直角坐標系，將無人機到達該高度時在地面的投影設為坐標軸原點，令無人機的飛行方向為X軸正方向，根據慣例將X軸逆時針旋轉90°后的位置設為Y軸；

(1.3)確定地面節點每個節點在該坐標系中的坐標。

3.根據權利要求1所述的一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，其特征在于：所述步驟(4.1)中還需要逐個增加Q中元素的個數，每次將Q中不包含但其加入使得無人機可獲取數據量增長最大的節點加入到Q中。

4.根據權利要求1所述的一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，其特征在于：所述步驟(4.2)中計算數據量的具體步驟如下：

計算公式為其中W代表傳輸帶寬,β為距離是1m時的參考信噪比,P代表節點的發送功率，d_k(t)代表節點k在t時刻與無人機之間的距離。