[發明專利]基于無人機網絡的深遠海信息服務質量優化方法

有效

• 申請號: 202010879783.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112188515B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王景璟;杜軍;關桑海;侯向往;方政儒;任勇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W4/40;H04W16/18
• 代理公司: 北京翔石知識產權代理事務所(普通合伙) 11816
• 代理人: 李勇

本發明涉及一種基于無人機網絡的深遠海信息服務質量優化方法，該方法，包括：建立基于海上基站和空中基站的混合網絡發明實施例，空中基站包括L個備用位置基站，根據貪婪算法將從L個備用位置基站選擇至少一個加入到海上基站中，形成第一混合網絡；利用啟發式算法計算第一混合網絡中的空中基站的最優部署高度；當完成空中基站的高度部署后，根據海上用戶實際位置調整空中基站的水平位置，將其移動至所服務的海上用戶的中心點。通過在部署有海上基站的海面上進一步部署無人機基站，以提高海洋信息網絡的覆蓋范圍和整體容量，有效增強了海上基站稀疏地區的信息覆蓋。

技術領域

本發明涉及網絡通信技術領域，尤其涉及一種基于無人機網絡的深遠海信息服務質量優化方法。

背景技術

近年來，海洋產業的發展越來越受到世界各國的重視。為滿足各類海洋產業開發重大需求，必須建設完善的海洋信息網絡，以實現對廣袤海域無縫、高效和可靠的信息覆蓋。然而，與發展較為成熟的陸基信息網絡相比，由于海洋信息網絡在電磁環境、用戶分布、節點性能等方面存在較大差異，且能量、帶寬、存儲、計算等通信和網絡資源相對短缺，這些因素嚴重限制了海洋信息網絡的服務效率及能力，即網絡效能。

在海洋信息網絡中，為了連接海洋和陸基的通信，在海面上漂浮著大量已部署的通信節點，包括海上通信基站、AIS助航節點、傳感器浮標等，這些節點能夠為遠洋船舶用戶提供定位導航、信息播報、寬帶上網等信息服務。但是，在遠海地區，海上基礎設施仍然較為匱乏，少量海上基站難以實現全域海洋無縫覆蓋。此外，由于海洋開發活動或應急救援和突發事件等原因，船舶用戶有時會聚集在特定海域，導致基于海上基站的網絡容量過載。因此，為了對海上基站負載進行分流，或在海洋網絡覆蓋不完全的地區提供無縫信息覆蓋，可以部署空中作為按需空中接入點，以此建立臨時空中網絡，空中網絡和海上基站共同組成了異構網絡，來承載突然增加的網絡需求，此類網絡因為具有靈活、低成本和節能等優點而被發明實施例者廣泛關注。但是，在原有的海上基站網絡中如何部署空中網絡來解決網絡容量過載的問題，人們仍在不斷的探索中。

發明內容

為此，本發明提供一種基于無人機網絡的深遠海信息服務質量優化方法，實現優化網絡服務質量。

為實現上述目的，本發明提供一種基于無人機網絡的深遠海信息服務質量優化方法，包括：建立基于海上基站和空中基站的混合網絡，所述空中基站包括L個備用位置基站，根據貪婪算法將從L個所述備用位置基站選擇至少一個加入到所述海上基站中，形成第一混合網絡；利用啟發式算法計算所述第一混合網絡中的空中基站的最優部署高度；當完成所述空中基站的高度部署后，根據海上用戶實際位置調整所述空中基站的水平位置，將其移動至所服務的海上用戶的中心點，實現最優覆蓋。

進一步地，所述海上基站為無人機基站，所述海上基站包括M個，所述海上基站位置集合A＝{a1,a2,……,aM}，以及所述無人機基站的備選部署位置集合C＝{c1,c2,……,cL}，其中L為無人機基站備選部署位置的數量，在位置集合C中選取N個位置部署無人機，所述第一混合網絡包括M個海上基站和N個無人機基站。

進一步地，當前已選中的海上基站位置集合B，以及當前已選中的無人機位置集合S，所述貪婪算法中集合B由所述海上基站的位置A初始化，然后在每次迭代中，向解集中添加一個與該解集中所有點距離最遠的無人機基站的水平位置，直到解集S達到所需的空中基站的數量。

進一步地，在所述海上基站中，距離dist(ai,aj)＝|ai-aj|表示位置ai和aj之間的歐式距離，而距離dist(ai,B)表示位置ai與位置集合B中最近位置之間的歐式距離，即

進一步地，H＝{h1,h2,……,hP}表示空中基站部署高度，將空中基站ui的覆蓋范圍設為一個圓形區域，其覆蓋半徑Ri等于該基站與最近鄰基站間水平距離的一半，若用戶在覆蓋區域內隨機分布，可以認為最優部署高度hi只與覆蓋半徑Ri以及空中基站與覆蓋區域邊緣連線和水平面之間的最優夾角φopt有關，即：