[發明專利]一種面向集群內通信的U2U分布式動態資源分配方法

有效

• 申請號: 202110230158.8
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112996121B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 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: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/12;H04W4/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種面向集群內通信的U2U分布式動態資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建IaS-U2U通信場景模型及通信流程，其中考慮了三個種類的UAV，包括處于集群中心位置的中心UAV，即C-UAV，主動提供U2U通信服務的輔助者UAV，即H-UAV和需要U2U服務的請求者UAV，即R-UAV；

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

S3：對多目標優化問題進行分解，由H-UAV和R-UAV采用經典GS算法進行UAV匹配過程，完成UAV配對；

S4：根據UAV配對結果，采用SPO算法完成對R-UAV的位置優化，完成對多目標優化問題的求解；

S5：根據求解結果，完成U2U分布式動態資源的分配。

2.根據權利要求1所述的一種面向集群內通信的U2U分布式動態資源分配方法，其特征在于，在所述步驟S1的IaS-U2U通信場景模型中，所述的C-UAV始終處于半徑為r_sw的圓形集群區域中心，用于協調和管控集群內部其余UAV的移動；其余UAV在初始時隨機分布在集群范圍內，各個UAV之間間距不少于預設的保護距離考慮到航空場景下的一般情況，假設UAV集群工作在OOC狀態下，但在必要時，C-UAV可接入衛星獲取航路規劃信息；在此場景下，R-UAV需要獲得來自H-UAV緩存空間的數據包，為了獲得更好的傳輸條件，需要完成在集群內所處相對位置和移動軌跡的優化；

假定各集群之間距離較遠，因而集群之間的干擾較小，可以忽略；在同一個集群內部的UAV則復用同一個頻段，相互存在干擾；此外，由于集群內各UAV之間的距離較近，假定R-UAV均可在一個時隙δ_intra內完成位置的移動；假定該UAV集群中共有M個H-UAV和N個R-UAV，其序號分別構成集合Μ＝{1,2,...,m,...,M}和Ν＝{1,2,...,n,...,N}；此外，令w_i＝[x_i,y_i]^T表示UAVi相對于C-UAV的坐標向量，并令W_H-UAV＝[w_m]_m∈M和W_R-UAV＝[w_n]_n∈N分別表示H-UAV和R-UAV的坐標向量構成的矩陣；假設集群內部所有H-UAV和R-UAV均可根據既定的航行路線或C-UAV的臨時通知消息獲取δ_intra時隙結束后C-UAV的絕對坐標則任意UAV i可根據其在本集群內的相對坐標w_i來計算對應的絕對坐標即有：假設集群內部的所有UAV均處于同一飛行高度，則對于且i≠j，d_i,j＝||w_i-w_j||表示UAV i到UAVj的距離，其中||·||為取二范數操作符；

在IaS-U2U通信場景下，假設各UAV間均為LOS信道，且多普勒頻移能夠被精確估計，多普勒造成的影響也能夠被完全抵消；因此，本模型的信道模型采用自由空間路損模型，則H-UAVm和R-UAVn在時隙δ_intra內的信道增益表示為：

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；其中，旋翼UAV的推進功率由三部分組成：葉片功率、誘導功率和寄生功率；葉片功率和誘導功率需要克服葉片阻力和機身阻力，分別與速度V的二次方和三次方成正比；誘導功率是克服葉片誘導阻力所需的功率，該阻力隨速度V增大而減小；因此，旋翼UAV的推進功率呈現出先隨速度V增大而減小，再隨速度V增大而增大的特點，旋翼UAV存在著一個使得推進功率最小的速度值，記為V_MP；由于單架UAV的推進功率通常在百瓦數量級，則在IaS-U2U通信場景模型中，假設發射功率遠遠小于推進功率。