[發(fā)明專利]一種在災(zāi)后地區(qū)部署無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011278985.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN112333767B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代海波;張晨雨;羅佳俊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/02
• 分類號(hào): H04W28/02;H04W72/08;H04W72/12;H04W76/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種在災(zāi)后地區(qū)部署無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)的方法，首先構(gòu)建無人機(jī)輔助通信的下行鏈路系統(tǒng)，包括多個(gè)旋翼無人機(jī)和地面用戶；其次我們采用博弈論的方法對在災(zāi)后地區(qū)部署無人機(jī)輔助地面終端通信的問題進(jìn)行建模和分析，每個(gè)無人機(jī)都被視為參與者；然后，將優(yōu)化問題建模為帶有QoE評(píng)價(jià)策略的博弈模型；最后，基于分布式學(xué)習(xí)算法在收集地面終端局部信息的同時(shí)獲得最大化優(yōu)化目標(biāo)的穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明用于設(shè)計(jì)多無人機(jī)布置及發(fā)射功率分配的聯(lián)合策略，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)中地面終端QoE的最大化；能快速準(zhǔn)確的對無人機(jī)進(jìn)行部署，建立應(yīng)急通信系統(tǒng)，可以在災(zāi)后地區(qū)快速的提供通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在災(zāi)后地區(qū)部署無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)

最近，當(dāng)由于偏遠(yuǎn)地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施成本高昂或自然災(zāi)害例如颶風(fēng)，龍卷風(fēng)，洪水和地震等，而無法使用地面通信設(shè)施時(shí)，所產(chǎn)生的后果是非常嚴(yán)重的。事實(shí)上，應(yīng)急通訊是無人機(jī)主要的作用之一。在遇到自然災(zāi)害、電力中斷等特殊環(huán)境下，通過無人機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通訊保障。多旋翼無人機(jī)通信基站是隨著多旋翼無人機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一種新興通信技術(shù)，提高了人們應(yīng)對各種自然災(zāi)害的能力，減少了災(zāi)害所造成的損失。在如洪水暴發(fā)、地震、泥石流、火災(zāi)、雪災(zāi)、大風(fēng)沙等自然災(zāi)害中，在有線通信網(wǎng)絡(luò)被破壞的情況下，利用多旋翼無人機(jī)通信系統(tǒng)，可以迅速建立起新的通信系統(tǒng)，以最快的速度與災(zāi)區(qū)取得聯(lián)系，保障救援工作的順利進(jìn)行。

不僅如此，隨著社會(huì)對通信系統(tǒng)要求的提高，通信系統(tǒng)的能量消耗對人類生存、健康及環(huán)境所帶來的問題越來越受到關(guān)注。由此，業(yè)界提出了以追求高能效為目標(biāo)的綠色通信概念，而功率分配問題則直接影響到了整個(gè)系統(tǒng)的能效指標(biāo)。系統(tǒng)的總功率消耗，不僅包括發(fā)射機(jī)的實(shí)際發(fā)射功率，也包括維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電路功耗。

在這些情況下，產(chǎn)生了一種無人機(jī)(UAV)作為移動(dòng)基站(BS)的方案，可以根據(jù)通信的需求，靈活部署或撤離，從而降低功耗。與地面BSs相比，無人機(jī)可以在沒有基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋或傳統(tǒng)地面基站較難支持的場景，如車輛高速移動(dòng)的車聯(lián)網(wǎng)中，提供更可靠的無線傳輸。因此，利用無人機(jī)進(jìn)行輔助通信十分有必要。而研究無人機(jī)在未知區(qū)域的部署的優(yōu)化問題對于充分有效地利用無人機(jī)輔助通信至關(guān)重要。作為移動(dòng)基站載體的無人機(jī)可以靈活地部署或撤回，且成本低廉，滿足地面終端的通信需求。其用于提供通信服務(wù)的部署問題已引起很多關(guān)注，通過地面用戶的位置信息，設(shè)計(jì)了多無人機(jī)的聯(lián)合軌跡和通信策略來為地面用戶服務(wù)。然而，在無人機(jī)沒有服務(wù)區(qū)域的信息的情況下(例如，有事故引起的通信中斷)，解決具有通信需求的這種未知區(qū)域中的無人機(jī)的部署問題是非常具有挑戰(zhàn)性的。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種分布式算法以指導(dǎo)多無人機(jī)的計(jì)劃飛行路徑，同時(shí)收集當(dāng)?shù)匦畔ⅲ钡秸业阶罴训牟渴鹞恢谩?/p>

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明為解決特殊環(huán)境例如受限于通信基礎(chǔ)設(shè)施成本或者突發(fā)性自然災(zāi)害而導(dǎo)致了地面終端用戶無法通信的情況，提出針對災(zāi)后地區(qū)的無人機(jī)輔助地面終端通信的優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明提出一種在災(zāi)后地區(qū)部署無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)的方法，具體包括以下步驟：

(1)構(gòu)建支持無人機(jī)通信的下行鏈路系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)旋翼無人機(jī)和地面終端；

(2)構(gòu)建以最大化地面終端和無人機(jī)之間通信的基于數(shù)據(jù)速率的QoE之和為目標(biāo)的優(yōu)化問題；

(3)構(gòu)建基于博弈論的優(yōu)化模型，將步驟(2)中的優(yōu)化問題建模為有QoE評(píng)價(jià)策略的博弈模型；

(4)采用分布式學(xué)習(xí)算法迭代得到無人機(jī)軌跡與資源分配策略，直到步驟(2)中的優(yōu)化問題達(dá)到最優(yōu)，無人機(jī)最終位置和傳輸策略被確定。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述的優(yōu)化函數(shù)為：

約束條件為：

其中：