[發(fā)明專利]基于粒子濾波的UAV無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上行鏈路吞吐量最大化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110052063.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113015185B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃國(guó)興;楊澤銘;盧為黨;張昱;彭宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于粒子濾波的UAV無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上行鏈路吞吐量最大化方法，針對(duì)兩架UAV服務(wù)兩個(gè)地面信息節(jié)點(diǎn)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將UAV的飛行時(shí)間T等間隔劃分為N個(gè)時(shí)隙，兩個(gè)UAV在一個(gè)固定的位置上，交替地對(duì)兩個(gè)地面信息節(jié)點(diǎn)發(fā)射能量信號(hào)進(jìn)行充電，地面信息節(jié)點(diǎn)則交替?zhèn)鬏斝畔⒌綄?duì)應(yīng)的UAV上，通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化兩架UAV的飛行軌跡，資源分配以及地面信息節(jié)點(diǎn)的信息傳輸功率，搜索出了一個(gè)全局最優(yōu)解，以最大化系統(tǒng)上行鏈路的最小吞吐量。本發(fā)明優(yōu)化方案效果較好，系統(tǒng)上行鏈路的最小信息吞吐量較高；用于對(duì)基于UAV的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化求解，以最大化系統(tǒng)的上行鏈路最小吞吐量，或者最大化地面信息節(jié)點(diǎn)獲取的總能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)通信工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩架UAV(unmanned aerialvehicle)服務(wù)兩個(gè)地面信息節(jié)點(diǎn)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)(wireless powered communicationnetwork，WPCN)系統(tǒng)信息傳輸吞吐量最大化方法。

背景技術(shù)

在萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，萬(wàn)物互聯(lián)對(duì)信息的傳輸有著更為迫切的需求。而對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的信息節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)線信息傳輸(wireless information transfer，WIT)是物聯(lián)網(wǎng)信息交換的主要方式，其能量是受限的，其信息傳輸?shù)墓β适禽^低的，因此信息傳播的距離是有限的。物聯(lián)網(wǎng)的體積較小的信息節(jié)點(diǎn)通常是能量受限的，無(wú)法自行補(bǔ)充能量，需要通過(guò)外部進(jìn)行供電，對(duì)于遠(yuǎn)離電源設(shè)備的信息節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)是非常不便的。而無(wú)線能量傳輸(wireless power transfer，WPT)技術(shù)的出現(xiàn)為解決這樣的難題提供了契機(jī)。而UAV作為部署使用靈活性極好的平臺(tái)，具有一定的飛行負(fù)重能力。近年來(lái)，UAV結(jié)合WPT技術(shù)和WIT技術(shù)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)信息節(jié)點(diǎn)的供電和信息收集當(dāng)中，提高了UAV的使用效率。以UAV作為平臺(tái)，使用WPT技術(shù)通過(guò)UAV的上行鏈路，發(fā)射特殊的能量信號(hào)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)信息節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電；物聯(lián)網(wǎng)的信息節(jié)點(diǎn)利用收集的能量將其收集的信息通過(guò)下行鏈路發(fā)送到UAV，通過(guò)一些優(yōu)化方法，可以有效提高WPCN系統(tǒng)的信息傳輸?shù)耐掏铝俊?/p>

目前針對(duì)以UAV作為平臺(tái)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息傳輸吞吐量最大化的方法廣泛而多樣。在基于UAV的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，地面節(jié)點(diǎn)向UAV發(fā)送信息，信息的傳輸速率不僅與信道有關(guān)，也與地面節(jié)點(diǎn)的發(fā)送的功率相關(guān)。由于地面節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)獲取UAV通過(guò)WPT發(fā)送的能量來(lái)進(jìn)行信息傳輸，因此信息傳輸最大化受到限制條件的約束。對(duì)UAV進(jìn)行路徑規(guī)劃和能量分配，以及對(duì)UAV采集信號(hào)和能量的時(shí)間進(jìn)行分配，是一種目前針對(duì)地面節(jié)點(diǎn)信息傳輸速率最大化的主要研究方式。有的研究考慮了一個(gè)單UAV服務(wù)多個(gè)地面信息節(jié)點(diǎn)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，提出了一種UAV連續(xù)懸停飛行的軌跡規(guī)劃方法，通過(guò)連續(xù)凸逼近(successive convex approximation，SCA)對(duì)UAV的飛行軌跡進(jìn)行規(guī)劃，得到一個(gè)局部最優(yōu)解，并且對(duì)上行鏈路和下行鏈路的資源分配，使得地面固定位置的信息節(jié)點(diǎn)的信息傳輸速率最大化。但是，受限于無(wú)人機(jī)的數(shù)量只有一個(gè)，地面信息節(jié)點(diǎn)的平均信息速率并不高。有的研究考慮了一個(gè)兩個(gè)UAV服務(wù)多個(gè)地面信息節(jié)點(diǎn)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，通過(guò)SCP技術(shù)和CVX技術(shù)來(lái)聯(lián)合規(guī)劃兩個(gè)無(wú)人機(jī)的路徑，并且通過(guò)對(duì)上行鏈路和下行鏈路的資源分配進(jìn)行優(yōu)化，以最大化系統(tǒng)的最小信息傳輸速率。這種方案的UAV數(shù)目增加到了兩個(gè)，但是仍然要服務(wù)于多個(gè)地面信息節(jié)點(diǎn)，地面信息節(jié)點(diǎn)的信息傳輸速率還有繼續(xù)提高的空間。有的研究考慮了一個(gè)兩個(gè)無(wú)人機(jī)服務(wù)兩個(gè)地面節(jié)點(diǎn)的無(wú)線攜能通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，在該模型當(dāng)中，地面信息節(jié)點(diǎn)將信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的UAV上，減小了信號(hào)的干擾。與之前的方案相同，該方案也是通過(guò)SCA技術(shù)和CVX技術(shù)聯(lián)合優(yōu)化UAV的飛行軌跡，并且優(yōu)化資源分配來(lái)最大化系統(tǒng)的最小吞吐率。通過(guò)對(duì)應(yīng)的UAV來(lái)接收地面信息節(jié)點(diǎn)的信息，提高了系統(tǒng)上行鏈路傳輸信息的吞吐量。但是地面信息節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息仍然會(huì)造成干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)上行鏈路最小吞吐量的下降。