一种应灾无人机基站的控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种应灾无人机基站的控制方法和装置，包括对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度；根据各所述无人机基站的初始位置与初始高度部署所述无人机基站，由无人机基站对覆盖范围内的用户提供网络接入服务；所述无人机基站周期性地对覆盖范围内的各用户与自身之间的信道质量信息进行测量、记录和上传；根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，根据所述精确估计的结果周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整。本发明专利技术可以提高无人机基站辅助的应灾通信的网络连通率，保障灾区通信的稳定。

Method and device for controlling base station of disaster unmanned aerial vehicle

The embodiment of the invention discloses a method and apparatus for controlling disaster of UAV base stations, including the affected area of the terrain and to estimate air channel characteristics, calculation of the number of initial UAV base station and base station of each UAV initial position and initial height; according to the initial position of the UAV base station with the initial height of the deployment of the UAV base station, Internet access services provided by the UAV base station on the coverage area of the user; the machine base station periodically for each user within the coverage area and the channel quality information for measuring, recording and uploading; according to the analysis of the channel quality information. The affected area of the terrain and ground to air channel characteristics estimation, according to the accurate estimation results periodically for each UAV base station deployment location Adjust height. The invention can improve the network connection rate of the auxiliary disaster communication of the drone base station and ensure the stability of the communication in the disaster area.

【技术实现步骤摘要】
一种应灾无人机基站的控制方法和装置
本专利技术涉及移动通信
，特别是指一种应灾无人机基站的控制方法和装置。
技术介绍
如今，移动电话在人们的日常生活中有相对重要的作用。在移动通信系统中，基站负责上行的数据收集与下行的数据分发。在诸如地震、洪水等自然灾害发生时，移动通信系统的基站可能会受到物理性破坏而无法正常工作，也有可能由于没有电能的供给而无法正常工作。这时，可以将一些携带基站通信模块的(旋翼)无人机部署在移动通信系统地面基站无法正常工作的受灾区域。通常将这些携带基站通信模块的无人机称为无人机基站，无人机基站向用户提供移动通信服务，各个无人机基站之间通过无线链路相互连接，并通过多跳传输链路连接到无人机基站控制中心。无人机基站控制中心的作用是对无人机的位置与高度进行控制与调整。在应灾通信中，由于自然灾害的影响，受灾区域的地形、建筑物高度和形状都有可能发生变化，地对空通信中的视距通信(LineofSight，LoS)概率与非视距通信(Non-LineofSight，NLoS)概率会受到受灾区域地形以及建筑物高度和形状的影响，因而，需要根据受灾区域具体的地理情况对无人机的位置与高度进行控制。在自然灾害发生时，用户会选择特定的避灾地点或者会在特定的区域聚集，比如，洪灾发生时人们会选取尽量高的地点进行避难，地震发生时人们会在开阔的广场聚集。而且人们可能根据灾害的情况调整自己的位置，由于用户的动态移动以及用户业务需求的随机性、时变性和不均衡性，受灾区域内各个小区域的业务量是动态变化的，并且在各个小区域间可能有很大的差别。因此，需要根据受灾区域内用户的移动和用户业务需求的动态变化，对无人机的位置与高度进行动态的控制，从而提高通信资源的利用率，提高无人机基站辅助的应灾通信的网络连通率。专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，目前实现无人机基站位置与高度的控制方法，通常是在固定的高度上对无人机的位置进行控制与调整，具体根据用户在受灾场景中的分布位置，控制无人机的位置，提升通过无人机节点中继辅助的点到点之间的连通性；或者是根据受灾区域的建筑物密度、平均高度等信息，对地对空信道进行估计，设置固定的无人机高度与位置。这些方法都没有考虑人们在自然灾害发生后的行为，比如，洪灾发生时人们会选取尽量高的地点进行避难，地震发生时人们会在开阔的广场聚集等。用户的上述行为会对地对空信道质量产生影响，因此提出一种有效地无人机基站控制方法和相应装置，以保障地对空信道质量是十分重要且必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提出一种应灾无人机基站的控制方法和装置，用以提高无人机应灾通信系统的无线资源利用率。基于上述目的本专利技术实施例的一个方面提供的一种应灾无人机基站的控制方法，包括：对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度；根据各所述无人机基站的初始位置与初始高度部署所述无人机基站，由无人机基站对覆盖范围内的用户提供网络接入服务；所述无人机基站周期性地对覆盖范围内的各用户与自身之间的信道质量信息进行测量、记录和上传；根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整。可选的，所述对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度，具体包括：根据受灾区域的形状与面积，以及无人机基站的覆盖半径计算小区数量，每个小区中设置一个所述无人机基站；将所述小区的几何中心作为该小区对应无人机基站的初始位置；根据受灾区域的地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息计算各无人机基站的初始高度。可选的，所述根据受灾区域的地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息计算各无人机基站的初始高度，具体包括：根据小区内地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息，估算所述小区对应的无人机基站与任一地面用户进行视距传输的概率和非视距传输的概率；根据所述视距传输的概率和非视距传输的概率，建立所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率模型；以平均接收功率取到最大值时，所述小区对应的无人机基站的高度作为该无人机基站的初始高度。可选的，所述建立所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率模型，具体包括：将所述小区对应的无人机基站到某一地面用户发生视距传输的概率表示为参数B和C和环境有关，具体与建筑物平均高度以及建筑物密度等环境参数有关；参数θ是用户和无人机基站的上倾角；将所述小区对应的无人机基站到某一地面用户发生非视距传输的概率表示为PNLoS＝1-PLoS；将所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率表示为其中Pt为发射功率，L为与传输距离d正相关的路径损耗，μLoS为视距传输时叠加在路径损耗上的额外损耗，μNLoS为非视距传输时叠加在路径损耗上的额外损耗。可选的，所述根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整，具体包括：获取小区内的用户的分布状态，将每个用户作为质量相同的质点，计算所述小区内全部用户组成的质点组的重心；将所述小区的几何中心与所述小区内全部用户组成的质点组的重心连线，模拟将所述无人机基站设置于所述连线上不同位置时，小区中心用户平均吞吐量以及小区边缘用户平均吞吐量的比例关系，根据实地情况和业务需要确定所述无人机基站在所述连线上的具体位置并替换所述初始位置。基于上述目的本专利技术实施例的另一方面提供一种应灾无人机基站的控制装置，包括：对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度；根据各所述无人机基站的初始位置与初始高度部署所述无人机基站，由无人机基站对覆盖范围内的用户提供网络接入服务；所述无人机基站周期性地对覆盖范围内的各用户与自身之间的信道质量信息进行测量、记录和上传；根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整。可选的，所述对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度，具体包括：根据受灾区域的形状与面积，以及无人机基站的覆盖半径计算小区数量，每个小区中设置一个所述无人机基站；将所述小区的几何中心作为该小区对应无人机基站的初始位置；根据受灾区域的地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息计算各无人机基站的初始高度。可选的，所述根据受灾区域的地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息计算各无人机基站的初始高度，具体包括：根据小区内地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息，估算所述小区对应的无人机基站与任一地面用户进行视距传输的概率和非视距传输的概率；根据所述视距传输的概率和非视距传输的概率，建立所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率模型；以所述平均接收功率取到最大值时，所述小区对应的无人机基站的高度作为该无人机基站的初始高度。可选的，所述建立所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应灾无人机基站的控制方法，其特征在于，包括：对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度；根据各所述无人机基站的初始位置与初始高度部署所述无人机基站，由无人机基站对覆盖范围内的用户提供网络接入服务；所述无人机基站周期性地对覆盖范围内的各用户与自身之间的信道质量信息进行测量、记录和上传；根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，根据所述精确估计的结果周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种应灾无人机基站的控制方法，其特征在于，包括：对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度；根据各所述无人机基站的初始位置与初始高度部署所述无人机基站，由无人机基站对覆盖范围内的用户提供网络接入服务；所述无人机基站周期性地对覆盖范围内的各用户与自身之间的信道质量信息进行测量、记录和上传；根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，根据所述精确估计的结果周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行粗略估计，计算无人机基站的初始数目以及各无人机基站的初始位置与初始高度，具体包括：根据受灾区域的形状与面积，以及无人机基站的覆盖半径计算小区数量，每个小区中设置一个所述无人机基站；将所述小区的几何中心作为该小区对应无人机基站的初始位置；根据受灾区域的地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息计算各无人机基站的初始高度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据受灾区域的地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息计算各无人机基站的初始高度，具体包括：根据小区内地形、建筑物密度、建筑物平均高度等信息，估算所述小区对应的无人机基站与任一地面用户进行视距传输的概率和非视距传输的概率；根据所述视距传输的概率和非视距传输的概率，建立所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率模型；根据所述平均接收功率模型，结合地面用户的初始分布状态估计，计算所述小区对应的无人机基站与小区内全部用户进行通信时的平均接收功率；以所述平均接收功率取到最大值时，所述小区对应的无人机基站的高度作为该无人机基站的初始高度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述建立所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率模型，具体包括：将所述小区对应的无人机基站到某一地面用户发生视距传输的概率表示为参数B和C和环境有关，具体与建筑物平均高度以及建筑物密度等环境参数有关；参数θ是用户和无人机基站的上倾角；将所述小区对应的无人机基站到某一地面用户发生非视距传输的概率表示为PNLoS＝1-PLoS；将所述小区对应的无人机基站与所述任一地面用户进行通信时的平均接收功率表示为其中Pt为发射功率，L为与传输距离d正相关的路径损耗，μLoS为视距传输时叠加在路径损耗上的额外损耗，μNLoS为非视距传输时叠加在路径损耗上的额外损耗。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道质量信息进行分析，对受灾区域的地形以及地对空信道特点进行精确估计，周期性地对各个无人机基站的部署位置与高度进行调整，具体包括：获取小区内的用户的分布状态，将每个用户作为质量相同的质点，计算所述小区内全部用户组成的质点组的重心；将所述小区的几何中心与所述小区内全部用户组成的质点组的重心连线，模拟将所述无人机基站设置于所述连线上不同位置时，小...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，贾树葱，顾昕钰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11