[發(fā)明專利]無人機網(wǎng)絡中基于自組織優(yōu)化協(xié)作的連續(xù)覆蓋方法

有效

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• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112564767B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設計）人: 張鶴立;張祎;紀紅;李曦
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W16/18
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發(fā)明提供了一種無人機網(wǎng)絡中基于自組織優(yōu)化協(xié)作的連續(xù)覆蓋方法，用于無人機靜態(tài)輔助基站網(wǎng)絡中。本發(fā)明方法包括：當靜止的無人機基站剩余電量到達閾值時，根據(jù)優(yōu)化的中繼信息傳輸路徑回傳電量、服務用戶位置等信息給宏基站；宏基站派遣新的無人機根據(jù)優(yōu)化的飛行路徑飛行到目標位置，替換電量不足的無人機，電量不足的無人機前往基站補充電量；本發(fā)明聯(lián)合優(yōu)化中繼信息傳輸路徑和無人機飛行軌跡，以使得整體系統(tǒng)能耗最小。采用本發(fā)明方法，在保證無人機基站持續(xù)覆蓋要求的同時，大大節(jié)省無人機的能耗，使無人機有限電池電量不再成為無人機服務時間的禁錮。

技術領域

本發(fā)明涉及無人機網(wǎng)絡技術領域，具體涉及一種無人機網(wǎng)絡中基于自組織優(yōu)化協(xié)作的連續(xù)覆蓋技術。

背景技術

近年來，無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)由于其高靈活性與低成本等優(yōu)點受到了廣泛關注。隨著無人機輔助網(wǎng)絡的快速發(fā)展，基于無人機的應用也越來越多樣化，如無人機輔助基站進行通信、作為中繼進行傳輸信息、作為傳感器收集信息等。無人機的機動性使得它可以迅速部署，提供無處不在的通信，提高覆蓋能力，但是無人機最明顯的缺陷依然是能源問題，電池壽命太短，無法完成長時間的任務。

無人機的特性使其更適用于分布式網(wǎng)絡，對于無人機輔助基站(base station,BS)的場景，單個無人機能力有限，因此多無人機分布式部署協(xié)作將成為無人機輔助基站覆蓋的未來發(fā)展方向。然而無人機的機動性也使得無人機的覆蓋問題變得更加復雜，尤其是動態(tài)的部署要考慮無人機之間的軌跡設計，防止發(fā)生碰撞。因此在無人機輔助基站通信方向，大多數(shù)的研究考慮無人機的靜態(tài)部署。靜態(tài)部署能避免發(fā)生碰撞，但是無人機電池有限的電量將限制無人機的服務時間，在覆蓋任務中也可能會因為能量耗盡或損壞而出現(xiàn)覆蓋漏洞進而影響區(qū)域內用戶的服務質量(Quality of Service,QoS)。為了解決這個問題，為用戶提供不間斷的服務，必須考慮無人機的持續(xù)覆蓋。

在引入能量收集的無人機輔助網(wǎng)絡中，現(xiàn)有參考文獻[1]優(yōu)化無人機的路徑規(guī)劃和任務分配，通過聯(lián)合選擇無人機任務和路線的最優(yōu)解，使得無人機輔助移動邊緣計算(MEC)系統(tǒng)的能量最小化。參考文獻[2]提出了一種具有能量補給能力的三維無人機調度方案，即無人機為用戶服務，并及時充電以補充能量。參考文獻[3]研究了一種具有能量采集功能的無人機通信系統(tǒng)，無人機以半雙工或全雙工方式將能量傳遞給用戶，用戶采集能量并將數(shù)據(jù)傳輸給無人機。參考文獻[4]設計了兼顧吞吐量和推進能耗的高能效無人機中繼通信系統(tǒng)，優(yōu)化了無人機和BS的聯(lián)合發(fā)射功率、無人機的軌跡、加速度和飛行速度，最大限度地解決了無人機的節(jié)能中繼問題。以上技術都對無人機的能源短板問題提出了相關策略研究，但大多考慮無人機收集信息的機動性，通過優(yōu)化無人機的軌跡路徑等，來降低無人機的能耗。對于無人機輔助基站覆蓋方面，卻很少關注無人機的能耗問題。還有部分現(xiàn)有技術，考慮額外增加一個無人機飛行，收集其他無人機基站能量信息，再傳輸至宏基站(macrobase station,mBS)，由宏基站調配。這種方式額外增加了一個無人機的推動能耗和收集能耗，而且給宏基站帶來壓力。

參考文獻：

[1]H.Xiao,Z.Hu,K.Yang,Y.Du and D.Chen,An Energy-Aware Joint Routingand Task Allocation Algorithm in MEC Systems Assisted by Multiple UAVs,2020International Wireless Communications and Mobile Computing(IWCMC),Limassol,Cyprus,2020,pp.1654-1659.

[2]H.Qi,Z.Hu,H.Huang,X.Wen and Z.Lu,Energy Efficient 3-D UAV Controlfor Persistent Communication Service and Fairness:A Deep ReinforcementLearning Approach,in IEEE Access,vol.8,pp.53172-53184,2020.