基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，该方法，包括：建立基于海上基站和空中基站的混合网络发明专利技术实施例，空中基站包括L个备用位置基站，根据贪婪算法将从L个备用位置基站选择至少一个加入到海上基站中，形成第一混合网络；利用启发式算法计算第一混合网络中的空中基站的最优部署高度；当完成空中基站的高度部署后，根据海上用户实际位置调整空中基站的水平位置，将其移动至所服务的海上用户的中心点。通过在部署有海上基站的海面上进一步部署无人机基站，以提高海洋信息网络的覆盖范围和整体容量，有效增强了海上基站稀疏地区的信息覆盖。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法
本专利技术涉及网络通信
，尤其涉及一种基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法。
技术介绍
近年来，海洋产业的发展越来越受到世界各国的重视。为满足各类海洋产业开发重大需求，必须建设完善的海洋信息网络，以实现对广袤海域无缝、高效和可靠的信息覆盖。然而，与发展较为成熟的陆基信息网络相比，由于海洋信息网络在电磁环境、用户分布、节点性能等方面存在较大差异，且能量、带宽、存储、计算等通信和网络资源相对短缺，这些因素严重限制了海洋信息网络的服务效率及能力，即网络效能。在海洋信息网络中，为了连接海洋和陆基的通信，在海面上漂浮着大量已部署的通信节点，包括海上通信基站、AIS助航节点、传感器浮标等，这些节点能够为远洋船舶用户提供定位导航、信息播报、宽带上网等信息服务。但是，在远海地区，海上基础设施仍然较为匮乏，少量海上基站难以实现全域海洋无缝覆盖。此外，由于海洋开发活动或应急救援和突发事件等原因，船舶用户有时会聚集在特定海域，导致基于海上基站的网络容量过载。因此，为了对海上基站负载进行分流，或在海洋网络覆盖不完全的地区提供无缝信息覆盖，可以部署空中作为按需空中接入点，以此建立临时空中网络，空中网络和海上基站共同组成了异构网络，来承载突然增加的网络需求，此类网络因为具有灵活、低成本和节能等优点而被专利技术实施例者广泛关注。但是，在原有的海上基站网络中如何部署空中网络来解决网络容量过载的问题，人们仍在不断的探索中。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，实现优化网络服务质量。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，包括：建立基于海上基站和空中基站的混合网络专利技术实施例，所述空中基站包括L个备用位置基站，根据贪婪算法将从L个所述备用位置基站选择至少一个加入到所述海上基站中，形成第一混合网络；利用启发式算法计算所述第一混合网络中的空中基站的最优部署高度；当完成所述空中基站的高度部署后，根据海上用户实际位置调整所述空中基站的水平位置，将其移动至所服务的海上用户的中心点，实现最优覆盖。进一步地，所述海上基站为无人机基站，所述海上基站包括M个，所述海上基站位置集合A＝{a1,a2,……,aM}，以及所述无人机基站的备选部署位置集合C＝{c1,c2,……,cL}，其中L为无人机基站备选部署位置的数量，在位置集合C中选取N个位置部署无人机，所述第一混合网络包括M个海上基站和N个无人机基站。进一步地，当前已选中的海上基站位置集合B，以及当前已选中的无人机位置集合S，所述贪婪算法中集合B由所述海上基站的位置A初始化，然后在每次迭代中，向解集中添加一个与该解集中所有点距离最远的无人机基站的水平位置，直到解集S达到所需的空中基站的数量。进一步地，在所述海上基站中，距离dist(ai,aj)＝|ai-aj|表示位置ai和aj之间的欧式距离，而距离dist(ai,B)表示位置ai与位置集合B中最近位置之间的欧式距离，即进一步地，H＝{h1,h2,……,hP}表示空中基站部署高度，将空中基站ui的覆盖范围设为一个圆形区域，其覆盖半径Ri等于该基站与最近邻基站间水平距离的一半，若用户在覆盖区域内随机分布，可以认为最优部署高度hi只与覆盖半径Ri以及空中基站与覆盖区域边缘连线和水平面之间的最优夹角φopt有关，即：hi＝α×Ritan(φopt)，其中，0<α≤1代表空中基站高度的规范化系数。进一步地，通过逐渐调整无人机基站的数量N观察网络服务质量的变化，使用β＝N/M代表空中无人机基站与原有海上基站的数量之比，当空中无人机基站数量N＝20，即β＝1时获得的联合部署位置改善了海洋网络的覆盖。进一步地，所述网络服务质量包括所述网络基于空间的规律性、用户SINR和网络整体容量。进一步地，使用二维的泊松点过程建模海上船舶用户分布，船舶用户在单位面积上的数量符合泊松分布。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，通过在部署有海上基站的海面上进一步部署无人机基站，以提高海洋信息网络的覆盖范围和整体容量，为实现无人机基站的高效联合部署，设计了一种基于贪婪算法的多无人机基站水平部署位置优化策略，有效增强了海上基站稀疏地区的信息覆盖，在提高基站部署空间规律性的基础上，最大限度地提高了网络的覆盖和用户服务质量，并基于海上无人机覆盖专利技术实施例及实际船舶用户分布特点，对无人机基站高度和水平位置进行进一步优化调整。附图说明图1为本专利技术实施例基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法的网络结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本专利技术作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非在限制本专利技术的保护范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，还需要说明的是，在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。请参阅图1所示，本专利技术实施例提供的基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法包括：S100:建立基于海上基站和空中基站的混合网络专利技术实施例，所述空中基站包括L个备用位置基站，根据贪婪算法将从L个所述备用位置基站选择至少一个加入到所述海上基站中，形成第一混合网络；S200:利用启发式算法计算所述第一混合网络中的空中基站的最优部署高度；S300:当完成所述空中基站的高度部署后，根据海上用户实际位置调整所述空中基站的水平位置，将其移动至所服务的海上用户的中心点，实现最优覆盖。本专利技术实施例通过在部署有海上基站的海面上进一步部署无人机基站，以提高海洋信息网络的覆盖范围和整体容量，为实现无人机基站的高效联合部署，设计了一种基于贪婪算法的多无人机基站水平部署位置优化策略，有效增强了海上基站稀疏地区的信息覆盖，在提高基站部署空间规律性的基础上，最大限度地提高了网络的覆盖和用户服务质量，并基于海上无人机覆盖专利技术实施例及实际船舶用户分布特点，对无人机基站高度和水平位置进行进一步优化调整。具体而言，设定一个由M个海上基站V＝{v1,v2,……,vM}和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，其特征在于，包括：/n建立基于海上基站和空中基站的混合网络专利技术实施例，所述空中基站包括L个备用位置基站，根据贪婪算法将从L个所述备用位置基站选择至少一个加入到所述海上基站中，形成第一混合网络；/n利用启发式算法计算所述第一混合网络中的空中基站的最优部署高度；/n当完成所述空中基站的高度部署后，根据海上用户实际位置调整所述空中基站的水平位置，将其移动至所服务的海上用户的中心点，实现最优覆盖。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，其特征在于，包括：
建立基于海上基站和空中基站的混合网络发明实施例，所述空中基站包括L个备用位置基站，根据贪婪算法将从L个所述备用位置基站选择至少一个加入到所述海上基站中，形成第一混合网络；
利用启发式算法计算所述第一混合网络中的空中基站的最优部署高度；
当完成所述空中基站的高度部署后，根据海上用户实际位置调整所述空中基站的水平位置，将其移动至所服务的海上用户的中心点，实现最优覆盖。


2.根据权利要求1所述的基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，其特征在于，所述海上基站为无人机基站，所述海上基站包括M个，所述海上基站位置集合A＝{a1,a2,……,aM}，以及所述无人机基站的备选部署位置集合C＝{c1,c2,……,cL}，其中L为无人机基站备选部署位置的数量，在位置集合C中选取N个位置部署无人机，所述第一混合网络包括M个海上基站和N个无人机基站。


3.根据权利要求2所述的基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，其特征在于，当前已选中的海上基站位置集合B，以及当前已选中的无人机位置集合S，所述贪婪算法中集合B由所述海上基站的位置A初始化，然后在每次迭代中，向解集中添加一个与该解集中所有点距离最远的无人机基站的水平位置，直到解集S达到所需的空中基站的数量。


4.根据权利要求3所述的基于无人机网络的深远海信息服务质量优化方法，其特征在于，在所述海上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王景璟，杜军，关桑海，侯向往，方政儒，任勇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11