[發明專利]一種面向集群間通信的U2U集中式動態資源分配方法

有效

• 申請號: 202110229426.4
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112995924B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 江明;徐明智;吳寬;陳劍超;黃曉婧
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W4/08
• 分類號: H04W4/08;H04W16/22;H04W24/02;H04W72/12;H04W72/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種面向集群間通信的U2U集中式動態資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建IrS-U2U通信場景模型及通信流程；

S2：構造IrS-U2U通信的目標函數，得到IrS-U2U通信的多目標優化問題；

S3：對多目標優化問題進行轉化并采用初始解生成算法，即ISG算法生成轉化后優化問題的起始點；

S4：根據起始點，采用SCA算法對轉化后優化問題分階段迭代進行求解，根據求解結果實現IrS-U2U的航線優化，完成U2U集中式動態資源的分配。

2.根據權利要求1所述的一種面向集群間通信的U2U集中式動態資源分配方法，其特征在于，在所述步驟S1中的IrS-U2U通信場景模型中考慮了兩個種類的集群，包括發送數據包的發射集群TS和接收數據包的接收集群RS；同一集群內部，分為處于集群中心位置的中心UAV，即C-UAV和常規UAV，即G-UAV；同時，本模型假設以下條件：

·不同集群的分布稀疏，集群TS和RS之間的距離遠大于集群半徑，因此不考慮集群之間的干擾；

·航線優化前，集群間距離較遠，因而U2U通信鏈路質量較差，G-UAV難以直接進行U2U發現過程和U2U通信過程；

·UAV通信能力強于G-UAV，具有衛星通信等輔助手段，且位于集群中心，可征集本集群內G-UAV的U2U通信請求，負責U2U發現過程，并與集群外的節點進行信令交互；

·RS中的G-UAV，即RS-G-UAV出于某些目的需要獲取來自集群外部的數據包，而TS中的G-UAV，即TS-G-UAV的緩存空間中存儲著RS-G-UAV所需類型的數據包；

·若不同集群的G-UAV的業務數據都經由各集群的C-UAV中轉，則容易導致C-UAV的過載，因此，在IrS-U2U通信過程要求在航線優化成功后，由配對成功的TS-G-UAV和RS-G-UAV直接完成業務數據的傳輸；

·集群內部各UAV之間的相對位置保持不變，C-UAV總是位于集群的中心；

·在每個時隙內，TS和RS各僅有一架G-UAV參與U2U傳輸，各時隙的發射功率均相等，記為P_tx；當實施IrS-U2U通信時，不考慮來自其余G-UAV的干擾；

因此，將所述的IrS-U2U通信場景，即分屬兩個集群的G-UAV之間的U2U通信，近似等效于C-UAV之間的點對點通信場景；

定義集合S＝{TS,RS}，并定義表示集群s中所有類型的UAV的數量；將整個飛行過程劃分成T個長度為的時隙，用T條線段來近似表示集群的航線；其中，時隙的上標t構成了時隙序號的集合T＝{1,2,...,t,...,T}，而整個飛行過程的飛行時間為：此外，令表示第1個時隙開始時集群s的中心坐標向量，表示第t個時隙結束時集群s的中心坐標向量，并假設TS和RS中的所有UAV均處于同一高度，其中

接著，進一步定義其中因此，用{W_TS,Λ}和{W_RS,Λ}分別表示集群TS和集群RS優化后的航線；其中，定義的集群航線即集群中所有類型的UAV的共同航線；

在IrS-U2U通信場景模型中，TS和RS執行特定的任務，事先規劃了從各自的出發地到達各自的目的地的航線即和分別表示TS和RS優化前的航線；在此過程中，基于某些需求，需要在飛行期間完成集群間的U2U通信；為此，集群需要臨時調整局部的航線，獲得IrS-U2U通信性能的提升；

在IrS-U2U通信場景下，假設UAV間的通信鏈路均為LOS信道，且多普勒效應造成的影響能夠被完全抵消；因此，IrS-U2U通信信道模型采用自由空間路損模型；在IrS-U2U通信場景下，定義表示第t個時隙結束時，集群i的中心到集群j的中心的距離，其中i,j∈S，||·||為取二范數操作符；此時，在第t個時隙時，集群i到集群j的信道增益表示為：

其中，β和α分別表示信道系數和路損指數；此外，旋翼UAV相比固定翼UAV靈活性更高，因此采用以旋翼UAV的推進功率模型進行優化；旋翼UAV的推進功率P_p是關于UAV的速度大小V的函數，記作：

其中：P_bla表示葉片功率；U_tip表示葉尖轉速；d_rat表示機身阻力比；ρ表示空氣密度；s_rot表示轉子體積；A表示轉子盤面積；P_ind表示誘導功率；v_rot表示平均轉子誘導速度；由于單架UAV的推進功率通常在百瓦數量級，即假設發射功率遠遠小于推進功率。