[發(fā)明專利]有效信息年齡確定方法、以及無人機飛行軌跡優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110267635.8
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113055078B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李新民;尹寶林;魏李莉;賈玲普;馮立;王郡;趙亮
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W16/22
• 代理公司: 成都中璽知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51233
• 代理人: 潘銀虎;周萍

1.一種信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

構(gòu)建用戶群組與無人機的無線通信系統(tǒng)模型，該模型包括：一個作為移動基站的無人機，N個數(shù)據(jù)接收位置，分別對應(yīng)N個數(shù)據(jù)接收位置的N個地面用戶群組，其中，無人機部署有M根接收天線，每個地面用戶群組中用戶的數(shù)量不大于M；

利用強化學習算法建立無人機自主飛行到達每個數(shù)據(jù)接收位置的第一模型；

建立包含了無人機與用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺酪约坝行畔⒛挲g計算的第二模型；

基于第一模型和第二模型，利用強化學習算法確定無人機在最小化信息年齡前提下接收所有數(shù)據(jù)的飛行軌跡；

所述建立第二模型包括：設(shè)定所述N個地面用戶群組中各個用戶的坐標點；根據(jù)所述坐標點，構(gòu)建第n個群組第k個用戶與無人機的通信信道矢量；計算第n個群組第k個地面用戶于時間長度為L的通信鏈路；計算第n個群組第k個地面用戶于時間長度L的通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率；根據(jù)數(shù)據(jù)包大小Ψ以及傳輸速率，構(gòu)建第n個群組中第k個用戶的信息年齡計算公式；計算所有數(shù)據(jù)的信息年齡，并將所有數(shù)據(jù)的信息年齡的平均值作為有效信息年齡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述強化學習算法包括Q-Learning。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一模型包括：

無人機的狀態(tài)包括：在不同時間單元的剩余能量和在不同時間單元所處的位置；

無人機在每個狀態(tài)下能夠執(zhí)行的多種動作；

無人機每次執(zhí)行動作時的行為獎勵。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述多種動作包括：向北、向南、向東、向西和懸停。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述行為獎勵包括：第一行為獎勵、第二行為獎勵、第三行為獎勵和第四行為獎勵中的至少一種，其中，

第一行為獎勵為：無人機到達所述數(shù)據(jù)接收位置；

第二行為獎勵為：無人機經(jīng)歷一次訓(xùn)練得到信息年齡計算值；

第三行為獎勵為：當無人機走出工作區(qū)域，立即停止當前訓(xùn)練并返回；

第四行為獎勵為：當無人機在一次訓(xùn)練中多次到達同一所述數(shù)據(jù)接收位置，立即停止當前訓(xùn)練并返回。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，在第l個時間單元，所述第n個群組第k個用戶與無人機的通信信道矢量為

其中，β_kn為信號的大尺度衰落，為信號在第l個時間單元時的小尺度衰落；

所述第n個群組中第k個用戶在傳輸?shù)趌個時間單元時無人機的信干噪比為

其中，

其中，p為用戶上行發(fā)送功率，為第l個時間單元的接收波束，σ²為噪聲功率，和分別為在第l個時間單元第n個地面用戶群組中第k個用戶和第j個用戶與無人機的信道信息，Gn為除用戶k和已服務(wù)的用戶集合的剩余用戶集合；

所述第n個群組中第k個用戶與無人機間的傳輸?shù)趌個時間單元的傳輸速率為其中，B為所述無人機接收天線的寬帶。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述β_kn依據(jù)3GPP信道建模。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信息年齡最小化的無人機飛行軌跡的優(yōu)化方法，其特征在于，所述第n個群組中第k個用戶與無人機間的傳輸?shù)趌個時間單元的信息年齡為

其中，η_kn為一個二進制數(shù)，用于標志無人機是否接收到整個數(shù)據(jù)包，

Ψ表示一個信息包的大小；

所述有效信息年齡為：其中，K為群組中用戶總數(shù)，N為地面群組總數(shù)，L為給定的通信時間長度。

9.一種無人機有效信息年齡的確定方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

構(gòu)建用戶群組與無人機的無線通信系統(tǒng)模型，該模型包括：一個作為移動基站的無人機，N個數(shù)據(jù)接收位置，分別對應(yīng)N個數(shù)據(jù)接收位置的N個地面用戶群組，其中，無人機部署有M根接收天線，每個地面用戶群組中用戶的數(shù)量不大于M；

建立無人機與用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺酪约坝行畔⒛挲g計算的第二模型；

對于用戶與無人機之間的通信鏈路，利用第二模型確定無人機有效信息年齡；

所述建立第二模型包括：設(shè)定所述N個地面用戶群組中各個用戶的坐標點；根據(jù)所述坐標點，構(gòu)建第n個群組第k個用戶與無人機的通信信道矢量；計算第n個群組第k個地面用戶于時間長度為L的通信鏈路；計算第n個群組第k個地面用戶于時間長度L的通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率；根據(jù)數(shù)據(jù)包大小Ψ以及傳輸速率，構(gòu)建第n個群組中第k個用戶的信息年齡計算公式；計算所有數(shù)據(jù)的信息年齡，并將所有數(shù)據(jù)的信息年齡的平均值作為有效信息年齡。