[發(fā)明專利]無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航及資源調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110582074.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113255218B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡杰;李雨婷;于秦;楊鯤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;H04W4/38;H04W16/22;H04W28/02;H04W28/06;G06F111/02;G06F111/04;G06F111/08
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航及資源調(diào)度方法，包括以下步驟：S1、確定網(wǎng)絡(luò)模型、通信方式及信道模型；S2、對(duì)下行無(wú)線功率傳輸和上行無(wú)線信息傳輸進(jìn)行建模，并確定優(yōu)化目標(biāo)表達(dá)式及其約束條件；S3、分析優(yōu)化問(wèn)題，將優(yōu)化問(wèn)題建模為馬爾科夫過(guò)程；S4、確定網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及無(wú)人機(jī)飛行決策模型；S5、定義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入狀態(tài)、無(wú)人機(jī)輸出動(dòng)作以及獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)；S6、根據(jù)深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法求解優(yōu)化問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)中無(wú)人機(jī)的飛行軌跡、地面設(shè)備的選擇以及與地面設(shè)備的通信模式三個(gè)部分，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)地面多個(gè)設(shè)備的能量供應(yīng)，同時(shí)還兼顧了無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)設(shè)備的平均數(shù)據(jù)量最大化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)供能通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航及資源調(diào)度方法。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)可以用于收集周圍環(huán)境的信息。通常無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的電量是有限的，當(dāng)它電量耗盡時(shí)，通過(guò)人為的方式或者傳統(tǒng)的地面通信網(wǎng)絡(luò)為傳感器充電效率很低。而基于射頻(RF)的能量收集(EH)可以被視為延長(zhǎng)能源受限的傳感器設(shè)備使用壽命的一種預(yù)期方案。通過(guò)RF輻射進(jìn)行的無(wú)線功率傳輸(WPT)可以為低功率物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提供方便、可靠的能源供應(yīng)。并且能夠在更長(zhǎng)的范圍內(nèi)運(yùn)行，即使在移動(dòng)的多個(gè)無(wú)線設(shè)備下也能同時(shí)對(duì)其充電。無(wú)線供能通信網(wǎng)絡(luò)(WPCN)因此被提出。它集成了無(wú)線功率傳輸(WPT)和無(wú)線信息傳輸(WIT)，為能源約束物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了一種可行的解決方案。

UAV(無(wú)人駕駛飛機(jī)Unmanned Aerial Vehicle)憑借其高機(jī)動(dòng)性和低成本的特點(diǎn)，由于較少的信號(hào)阻塞和陰影效應(yīng)，它可以支持空中和地面終端之間更好的通信鏈接。與傳統(tǒng)的固定基站相比，通過(guò)大大縮短其到用戶的距離，它可以提供更高的視線(LoS)信道概率和更好的連接性。UAV作為空中基站，可用于克服傳統(tǒng)固定基地站無(wú)線供能網(wǎng)絡(luò)中“雙重遠(yuǎn)-近”問(wèn)題導(dǎo)致的用戶不公平問(wèn)題，并通過(guò)靈活地減小UAV與地面設(shè)備之間的信號(hào)傳播距離來(lái)提高數(shù)據(jù)速率。

然而在目前的技術(shù)中，通常都是基于地面設(shè)備位置已知的情況下，未考慮過(guò)無(wú)人機(jī)在未知環(huán)境下的能量傳輸和數(shù)據(jù)收集任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)中無(wú)人機(jī)的飛行軌跡、地面設(shè)備的選擇以及與地面設(shè)備的通信模式三個(gè)部分，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)地面多個(gè)設(shè)備的能量供應(yīng)，同時(shí)還兼顧了無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)設(shè)備的平均數(shù)據(jù)量最大化的無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航及資源調(diào)度方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：無(wú)線自供電通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航及資源調(diào)度方法，包括以下步驟：

S1、確定網(wǎng)絡(luò)模型、通信方式及信道模型；

S2、對(duì)下行無(wú)線功率傳輸和上行無(wú)線信息傳輸進(jìn)行建模，并確定優(yōu)化目標(biāo)表達(dá)式及其約束條件；

S3、分析優(yōu)化問(wèn)題，將優(yōu)化問(wèn)題建模為馬爾科夫過(guò)程；

S4、確定網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及無(wú)人機(jī)飛行決策模型；

S5、定義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入狀態(tài)、無(wú)人機(jī)輸出動(dòng)作以及獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)；

S6、根據(jù)深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法求解優(yōu)化問(wèn)題。

進(jìn)一步地，所述網(wǎng)絡(luò)模型由一個(gè)無(wú)人機(jī)及多個(gè)地面無(wú)源設(shè)備組成；

通信方式為：無(wú)人機(jī)通過(guò)射頻鏈路向地面無(wú)源設(shè)備傳輸能量，地面無(wú)源設(shè)備通過(guò)收割的能量向無(wú)人機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；

所述信道模型為L(zhǎng)os信道。

進(jìn)一步地，所述步驟S2具體包括以下分步驟：

S21、對(duì)于下行無(wú)線功率傳輸，確定地面無(wú)源設(shè)備所收割到的能量；

S22、對(duì)于上行無(wú)線信息傳輸，當(dāng)無(wú)人機(jī)選擇某一地面無(wú)源設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，確定上行傳輸數(shù)據(jù)量；