基于协作传输的无人机能量补给调度方法技术

本发明专利技术提出了一种基于协作传输的无人机能量补给调度方法，主要解决现有无人机网络不能为指定区域持续提供服务和备用无人机增加经费开销的问题。其方案是：1)初始化无人机网络；2)节点根据无人机和节点的位置确定关联无人机；3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合；4)确定t的召回无人机集合，并计算召回无人机的协作簇；5)根据t的召回无人机集合，在指定区域进行无人机能量补给，并在当前时间片序号t大于无人机系统为指定区域提供服务的总时间片数目M时，无人机系统停止服务指定区域，否则，返回3)。本发明专利技术节省了备用无人机的经费开销，保障了节点服务质量，减少了系统能量消耗，可用于无人机网络为指定区域提供持续的服务。

Energy Replenishment Scheduling Method for UAV Based on Cooperative Transmission

【技术实现步骤摘要】
基于协作传输的无人机能量补给调度方法
本专利技术属于无线通信
，特别涉及一种智能无人机能量补给调度方法，可用于无备用无人机情况下，无人机网络为指定区域提供持续服务的场景。
技术介绍
由于无人机较高的移动性，部署的灵活性等优点，无人机网络可以为没有基础设施覆盖的地区或地面基站过载区域提供高速无线服务。但是，由于无人机有限的能量，系统将逐渐出现能量耗尽的无人机，导致指定区域的通信中断，不能保障地面节点的服务质量。很多专家学者研究无人机的3维节能部署方案，减少不合理的无人机部署浪费的能量，但是该类方案只能延长无人机的单次飞行时间，并且延长的时间有限。部分研究学者尝试采用太阳能等新型能源为无人机提供能量，但是新型能源大多严重依赖于环境，所获得的能量具有不可控性。上述两类方案由于不能解决无人机网络不能提供持续服务的问题，因而必须设置地面能量补给站，为无人机补给能量。TrottaA,DiFeliceM,ChowdhuryKR,etal.FlyandRecharge:AchievingPersistentCoverageusingSmallUnmannedAerialVehicles(SUA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于协作传输的无人机能量补给调度方法，其特征在于，包括如下：(1)初始化无人机网络：(1a)假设无人机集合为V，第k个无人机的邻居无人机集合为Zk，第k个无人机的协作簇集合为Ck，其中k＝1,2,...,L，k是无人机序号，L是网络中无人机总数目；(1b)设无人机系统为指定区域提供服务的总时间为T，将总时间T离散成M个等长的时间片，每个时间片t的召回无人机集合为V

【技术特征摘要】
1.一种基于协作传输的无人机能量补给调度方法，其特征在于，包括如下：(1)初始化无人机网络：(1a)假设无人机集合为V，第k个无人机的邻居无人机集合为Zk，第k个无人机的协作簇集合为Ck，其中k＝1,2,...,L，k是无人机序号，L是网络中无人机总数目；(1b)设无人机系统为指定区域提供服务的总时间为T，将总时间T离散成M个等长的时间片，每个时间片t的召回无人机集合为V*(t)，其中t是时间片序号，t＝1,2,...,M；(1c)初始化t＝t1＝1，t1是召回过程的开始时刻；(2)地面节点集合中每个节点从无人机集合V中获取每个无人机k接收的参考信号功率，并根据MaxRSRP准则，将每个节点与信号功率最大的参考信号所对应的无人机进行关联，得到每个无人机k第t个时间片关联的节点集合Dk(t)；(3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合V*(t)：(3a)初始化调度窗口的开始时刻t2和结束时刻t3；(3b)初始化每个时间片的召回无人机集合为空集，表示没有召回无人机，其中，t∈[t1,t3]；(4)确定每个时间片的召回无人机集合V*(t)：(4a)初始化待确定召回时刻的无人机集合V1＝V；(4b)初始化确定每个时间片召回无人机集合过程的时间片序号q＝t2；(4c)构建第q个时间片的召回无人机集合V*(q)，并判断V*(q)是否为空集，若是，跳转到(4h)，否则，执行(4d)；(4d)设召回无人机集合V*(q)的无人机数目为H，V*(q)集合中剩余能量最少的无人机序号为r，并将其他无人机从V*(q)集合中移除，无人机r的预召回时刻为x＝q-H+1；(4e)调整第q到第x个时间片召回无人机集合；(4f)计算召回无人机r的协作簇：(4f1)初始化计算协作簇过程的时间片序号w＝x；(4f2)判断第w个时间片召回无人机集合V*(w)中无人机数目是否满足|V*(w)|≤1，若是，则执行(4f4)，否则，将V*(w)集合的前|V*(w)|-1个召回无人机从该集合中移除，放入第w-1个时间片的召回无人机集合V*(w-1)的后面，执行(4f3)；(4f3)更新w＝w-1，返回(4f2)；(4f4)判断是否满足w<x，若是，则执行(4f5)，否则，执行(4f6)；(4f5)更新第w到第x-1个时间片协作无人机和召回无人机的能量消耗速度和第w+1到第x个时间片开始时刻协作无人机和召回无人机剩余能量，执行(4f6)；(4f6)构建召回无人机r的候选协作簇集合；(4f7)判断召回无人机r的候选协作簇集合是否为空集，若是，则将召回无人机r加入第x-1个时间片召回无人机集合V*(x-1)后面，更新第x个时间片召回无人机集合V*(x)为空集，令x＝x-1，返回(4f1)，否则，执行(4f8)；(4f8)选择关联节点数目之和最少的候选协作簇构成召回无人机r的协作簇Cr，并将召回无人机r从V1集合中移除；(4f9)更新第x个时间片协作无人机和召回无人机的能量消耗速度和第x+1个时间片开始时刻协作无人机和召回无人机的剩余能量；(4f10)判断是否满足w<t2，若是，则更新t2＝w，执行(4g)，否则，直接执行(4g)；(4g)判断待确定召回时刻的无人机集合V1是否为空集，若是，则更新t3＝q，t1＝t3+1，执行(5)，否则，更新q＝x，执行(4h)；(4h)更新q＝q+1，返回(4c)；(5)进行无人机能量补给：(5a)判断是否满足t>t3，若是，则执行(6)，否则，执行(5b)；(5b)判断V*(t)是否为空集，若是，则更新t＝t+1，返回(5a)，否则，V*(t)中召回无人机为第t个时间片的召回无人机，召回无人机返回能量补给中心，协作无人机服务召回无人机的节点，更新t＝t+1，返回(5a)；(6)判断是否满足t>M，若是，则无人机系统停止服务指定区域，否则，返回(3)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(3a)中初始化调度窗口的开始时刻t2和结束时刻t3，实现如下：(3a1)计算无人机集合V中每个无人机k在召回过程开始时刻t1的生存时间其中：Erk(t1)为第k个无人机在召回过程开始时刻t1的剩余能量，Emin为无人机返回能量补给中心消耗的能量，Ek(t1)表示第k个无人机在第t1个时间片的能量消耗速度，Efix是无人机固定能量消耗速度，mk(t1)是第t1个时间片无人机k关联的节点数目，是普通无人机的发射功率；(3a2)设调度窗口开始时刻t2为最小的无人机生存时间min{Tk(t1)}和召回过程开始时刻t1之和，即t2＝min{Tk(t1)}+t1；(3a3)设调度窗口结束时刻t3为最大的无人机生存时间max{Tk(t1)}和召回过程开始时刻t1之和，即t...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林靖，张笑楠，张岗山，张顺，马建鹏，刘勤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61