面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法和装置，方法包括：根据各个无源节点采集到的能量确定无人机空中平台传输能量所用的能量传输功率，基于能量传输功率确定各个无源节点向无人机空中平台传输信息的发射功率；基于发射功率确定各无源节点发送信息到无人机空中平台的第一信道容量；基于能量传输功率确定无人机空中平台转发信息到网络接入点的第二信道容量；基于第一信道容量和第二信道容量选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统。

Node scheduling method and device for UAV wireless energy supply communication system

【技术实现步骤摘要】
面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法和装置
本专利技术涉及面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，属于无线通信

技术介绍
随着无线通信的迅速发展，无人机因其可控的机动性、灵活性、低成本、强视距信道和快速部署,无人机已成为近年来最受欢迎的通信研究方向之一。并且由于物联网技术的普及，物联网设备的能量问题愈发成为物联网发展的重要阻碍。频繁更换物联网中布置的大量传感器，势必会影响用户体验和增大人工成本。而研究无人机与无线供能通信的结合，将有望解决这一问题。如何利用无人机作为无线中继以及能量来源，来实现改善无源节点的通信性能是目前需要解决的技术问题，对于物联网的发展有着至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是面向无人机无线供能通信系统，提供一种节点调度方法来改善无源节点的通信性能。本专利技术采用以下技术方案。一方面提供一种面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，所述系统包括网络接入点、无人机空中平台、多个无源节点，无源节点在无人机空中平台辅助下完成能量采集和信息传输，所述方法包括：根据各个无源节点采集到的能量确定无人机空中平台传输能量所用的能量传输功率，基于所述能量传输功率确定各个无源节点向无人机空中平台传输信息的发射功率；基于所述发射功率确定各无源节点发送信息到无人机空中平台的第一信道容量；基于所述能量传输功率确定无人机空中平台转发信息到网络接入点的第二信道容量；基于第一信道容量和第二信道容量选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统。进一步地，所述能量传输功率的计算表达式如下：其中，Pi1*为第i个无源节点作为所选终端时无人机空中平台传输能量所用功率的分配结果，PU为无人机空中平台受限的总功率，η为能量转换效率，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，GUi为无人机空中平台到第i个无源节点的大尺度传输损耗，hUi为无人机空中平台到第i个无源节点的小尺度衰落，GUB为无人机空中平台到网络接入点的大尺度传输损耗，hUB为无人机空中平台到网络接入点的小尺度衰落。进一步地，所述发射功率的计算公式如下：其中，Pi为第i个无源节点用以向无人机空中平台发送信息的发送功率，Pi1为到第i个无源节点作为接入节点时无人机空中平台传输能量的功率，η为能量转换效率，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，GUi为无人机空中平台到第i个无源节点的大尺度传输损耗，hUi为无人机空中平台到第i个无源节点的小尺度衰落。再进一步地，所述第一信道容量的计算公式如下：其中，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，T为时隙交换协议的一个时间周期，Pi为第i个无源节点用以向无人机空中平台发送信息的发送功率，GUi为无人机空中平台到第i个无源节点的大尺度传输损耗，hUi为无人机空中平台到第i个无源节点的小尺度衰落，N0为信道噪声功率。进一步地，所述第二信道容量的计算公式如下：其中，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，T为时隙交换协议的一个时间周期，Pi2为Pi2为第i个无源节点作为所选终端时无人机空中平台转发信息的功率，GUi为无人机空中平台到第i个无源节点的大尺度传输损耗，hUi为无人机空中平台到第i个无源节点的小尺度衰落，N0为信道噪声功率。进一步地，基于第一信道容量和第二信道容量选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统的表达式如下：其中，k为使得系统信道容量最大的无源节点，为无源节点的集合。为无人机空中平台采用上述功率分配结果时第i个无源节点将信息发送至无人机空中平台的信道容量，为为无人机空中平台采用上述功率分配结果并将信息转发至网络接入点的信道容量。另一方面，本专利技术提供了面向无人机无线供能通信系统的节点调度装置，所述系统包括网络接入点、无人机空中平台、多个无源节点，无源节点在无人机空中平台辅助下完成能量采集和信息传输，所述装置包括：能量传输计算模块、发射功率计算模块、信道容量计算模块以及节点选择模块；所述能量传输计算模块，用于根据各个无源节点采集到的能量确定无人机空中平台传输能量所用的能量传输功率；所述发射功率计算模块，用于基于能量传输计算模块确定的能量传输功率确定各个无源节点向无人机空中平台传输信息的发射功率；所述信道容量计算模块，用于基于发射功率计算模块确定的发射功率确定各无源节点发送信息到无人机空中平台的第一信道容量；基于所述能量传输功率确定无人机空中平台转发信息到网络接入点的第二信道容量；所述节点选择模块，用于基于所述信道容量计算模块确定的第一信道容量和第二信道容量选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统。本专利技术所取得的有益技术效果：在无人机空中平台功率总和受限下，考虑了各无源节点发送信息到无人机空中平台的信道容量，以及无人机空中平台转发信息到网络接入点的信道容量，选择使两个信道容量的最小值最大的节点接入无人机无线供能通信系统，能够显著提升系统容量。附图说明图1为本专利技术实施例中无人机无线供能通信系统系统模型图；图2为本专利技术实施例提供的节点调度方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的节点调度方法与其他方案的系统信道容量与无人机空中平台总功率的关系曲线仿真图。具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供了面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，如图1所示，所述无人机无线供能通信系统包括一个网络接入点，一个无人机空中平台，多个无源节点，无源节点在无人机空中平台辅助下完成能量采集和信息传输。所述网络接入点，无人机空中平台和无源节点都配备单天线。本专利技术提供的方法包括：步骤A：无人机空中平台利用时隙交换协议向无源节点传输能量，在一个时隙交换协议的时间周期T内，无源节点在αT时隙内采集能量并加以储存，α为时隙交换协议的时间分配因子，所采集的能量用于与无人机空中平台之间的信息传输，计算出各个无源节点在时隙内用于传输信息的发射功率，此处以时隙交换协议为例，但本专利也适用于其他能量采集协议步骤B：计算出在时隙内各无源节点发送信息到无人机空中平台以及无人机空中平台转发信息到网络接入点的信道容量；步骤C：根据信道容量求出每个无源节点作为所选终端时，无人机空中平台传输能量所用的能量传输功率，以及各个无源节点向无人机空中平台传输信息的发射功率；步骤D：根据功率分配结果计算出每个无源节点作为所选终端时系统的信道容量，选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统完成节点调度。所述方法具体包括如下步骤，具体流程如图2所示：无人机空中平台到各个无源节点和各个无源节点到无人机空中平台的大尺度传输损耗由下述公式得到：其中，GiU为第i个无源节点到无人机空中平台的大尺度传输损耗，GUi为无人机空中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，所述系统包括网络接入点、无人机空中平台、多个无源节点，无源节点在无人机空中平台辅助下完成能量采集和信息传输，其特征在于，所述方法包括：根据各个无源节点采集到的能量确定无人机空中平台传输能量所用的能量传输功率，基于所述能量传输功率确定各个无源节点向无人机空中平台传输信息的发射功率；/n基于所述发射功率确定各无源节点发送信息到无人机空中平台的第一信道容量；基于所述能量传输功率确定无人机空中平台转发信息到网络接入点的第二信道容量；/n基于第一信道容量和第二信道容量选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统。/n

【技术特征摘要】
1.面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，所述系统包括网络接入点、无人机空中平台、多个无源节点，无源节点在无人机空中平台辅助下完成能量采集和信息传输，其特征在于，所述方法包括：根据各个无源节点采集到的能量确定无人机空中平台传输能量所用的能量传输功率，基于所述能量传输功率确定各个无源节点向无人机空中平台传输信息的发射功率；
基于所述发射功率确定各无源节点发送信息到无人机空中平台的第一信道容量；基于所述能量传输功率确定无人机空中平台转发信息到网络接入点的第二信道容量；
基于第一信道容量和第二信道容量选择能够使得系统信道容量最大的无源节点接入系统。


2.根据权利要求1所述的面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，其特征在于，所述能量传输功率的计算表达式如下：



其中，Pi1*为第i个无源节点作为所选终端时无人机空中平台传输能量所用功率的分配结果，PU为无人机空中平台受限的总功率，η为能量转换效率，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，GUi为无人机空中平台到第i个无源节点的大尺度传输损耗，hUi为无人机空中平台到第i个无源节点的小尺度衰落，GUB为无人机空中平台到网络接入点的大尺度传输损耗，hUB为无人机空中平台到网络接入点的小尺度衰落。


3.根据权利要求1所述的面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，其特征在于，所述发射功率的计算公式如下：



其中，Pi为第i个无源节点用以向无人机空中平台发送信息的发送功率，Pi1为到第i个无源节点作为接入节点时无人机空中平台传输能量的功率，η为能量转换效率，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，GUi为无人机空中平台到第i个无源节点的大尺度传输损耗，hUi为无人机空中平台到第i个无源节点的小尺度衰落。


4.根据权利要求3所述的面向无人机无线供能通信系统的节点调度方法，其特征在于，所述第一信道容量的计算公式如下：



其中，αi为第i个用户采用时隙交换协议的时间分配因子，T为时隙交换协议的一个时间周期，Pi为第i个无源节点用以向无人机空中平...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹玉龙，陈科润，朱佳，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32