[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

本發明公開了一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，步驟如下：(1)計算出每個地面節點與無人機在可通信距離內的初始發送時間區間；(2)選擇節點逐個添加到發送節點集合之中，動態協調發送時間區間，直到節點數量達到最大閾值。本發明優點在于可以避免多個節點同時向無人機發送數據造成的沖突，并且按本發明的調度方法收集到的數據量接近理論上的最大值，同時避免了采用窮舉法帶來的巨大計算開銷。

技術領域

本發明屬于無線網絡技術領域，特別涉及一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法。

背景技術

無人機在軍事偵察和災難監測中發揮著越來越重要的作用。在上述場景中，基礎設施網絡通常不可用。因此，地面傳感或偵察節點獲取的數據很難發送出去，相關單位因此無法及時獲取數據。即使地面節點的續航支持節點長時間工作，節點的存儲空間也可能會用完。無人機因其高移動性被廣泛用于對地面節點的數據收集工作。之前有研究針對地面節點的位置來為無人機規劃路徑，或者對地面節點的能耗和無人機的軌跡進行聯合優化。

需要指出的是本發明所考慮的應用場景中地面節點的位置不為外界所知，無人機很難提前根據節點位置確定飛行計劃。所以本發明著力于解決選定節點與無人機擇機通信，使無人機在固定的飛行長度中可以獲得最大的數據量。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，提供一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，可以避免多個節點同時向無人機發送數據造成的沖突，并且按本發明的調度方法收集到的數據量接近理論上的最大值，同時避免了采用窮舉法帶來的巨大計算開銷。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種地面節點向無人機發送數據的無沖突調度方法，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；

(4)從剩余節點中選擇與Q中節點協調發送區間并求取聯合總數據量；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。

進一步的，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。

進一步的，所述步驟(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。

進一步的，所述步驟(4)中求取聯合總數據量的具體步驟如下：