[發明專利]一種無人機的中繼選擇方法

有效

• 申請號: 202110199223.5
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113347593B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 劉占軍;譚新;梁承超;張嬌;王改新;陳前斌
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W24/02;H04W40/22;H04B7/185
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

本發明請求保護一種無人機的中繼選擇方法，屬于無人機通信領域。具體包括：利用衛星定位系統獲取用戶與基站的位置集合；根據任務傳輸路徑和計算位置定義三種傳輸模式，構建網絡壽命模型；固定任務傳輸功率和傳輸模式，將壽命問題轉換為位置優化問題并采用凸優化方法求解；固定無人機位置和傳輸模式，將壽命問題轉換為功率優化問題，針對問題非凸性采用一階泰勒展開式進行凸近似逼近并求解；固定無人機位置和傳輸功率，將壽命問題轉換為模式優化問題并采用線性規劃方法求解；采用塊坐標迭代算法求得最優無人機位置、任務發送功率以及傳輸模式行任務發送。本發明減少了用戶傳輸的能量損耗，延長網絡的總體壽命。

技術領域

本發明屬于無人機通信領域，特別涉及一種無人機中繼選擇方法。

背景技術

無人機自身攜帶信息處理單元和任務處理器，利用無人機作為中繼傳輸平臺能夠快速、方便地建立起一條高效可靠的通信數據傳輸鏈路，因此基于UAV的中繼傳輸技術收到了國內外學者的廣泛關注。當前邊緣計算和無人機通信技術已經相當成熟，而無人機作為一種邊緣服務器來控制信息傳輸能夠有效的提升無人機通信的性能，提高信息傳輸的準確性和傳輸速率，因此設計一種無人機中繼控制策略是一個必然的發展結果。

無人機自身攜帶信息處理單元和任務處理器，利用無人機作為中繼傳輸平臺能夠快速、方便地建立起一條高效可靠的通信數據傳輸鏈路，因此基于UAV的中繼傳輸技術收到了國內外學者的廣泛關注。其中，有學者提出了一種用于定位無人機的集中式算法，以最大化軟件定義的災區無人機通信網絡的吞吐量。軟件定義的網絡控制器可維護有關網絡拓撲以及數據速率要求和流路徑的最新信息，所提出的算法利用該信息來確定無人機的位置，從而使總吞吐量最大化。還有學者通過設計無人機軌跡路徑來研究一種節能的無人機通信。假設無人機以固定的高度飛行，通過分配了一個二進制決策變量來調度UAV與用戶的通信，基于視線和非視線通信鏈路推導了無人機到用戶的通道模型，并共同優化了無人機的航跡，發射功率和速度。也有學者考慮了啟用多UAV的無線通信系統，其中使用了多個安裝了UAV的空中基站為地面上的一組用戶提供服務。為了在用戶之間實現公平的性能，通過優化多用戶通信的調度和聯合無人機的軌跡和功率控制，在下行鏈路通信中最大化了所有地面用戶的最小吞吐量。

但是，目前的研究重點主要集中在中繼的最優布置、飛行路徑和網絡性能優化等問題，對于功率分配算法的研究比較少。無人機由于自身體積限制而能量有限，功率作為無人機通信系統的重要資源，其分配問題將直接影響到拿過來各條鏈路的性能，通過功率分配算法能實現對功率的優化分配，從而能夠有效提升無人機通信系統的性能。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種降低用戶能耗，降低任務傳輸時延，提高信息傳輸的可靠性和吞吐量。減少用戶傳輸的能量損耗，延長網絡的總體壽命的無人機的中繼選擇方法。本發明的技術方案如下：

一種無人機的中繼選擇方法，其包括以下步驟：

S1：利用衛星定位系統獲取用戶與基站的位置集合；

S2：根據任務傳輸路徑和計算位置定義三種傳輸模式，包括：用戶將任務發送給無人機計算，用戶將任務發送給無人機并由無人機將任務轉發給基站計算，用戶將任務發送給基站計算，構建網絡壽命模型；

S3：通過分別固定無人機位置、傳輸功率和傳輸模式中的兩個變量，將網絡壽命問題分解為位置優化問題、功率優化問題和模式優化問題，進行相應求解；當固定任務傳輸功率和傳輸模式時，將壽命問題轉換為位置優化問題并采用凸優化方法求解；

S4：當固定無人機位置和傳輸模式時，將壽命問題轉換為功率優化問題，針對問題非凸性采用一階泰勒展開式進行凸近似逼近并求解；

S5：當固定無人機位置和傳輸功率時，將壽命問題轉換為模式優化問題并采用線性規劃方法求解；

S6：采用塊坐標迭代算法求得最優無人機位置、任務發送功率以及傳輸模式行任務發送。