基于无人机自组网的通信资源分配方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种基于无人机自组网的通信资源分配方法及装置。通过确定每个目标时隙下数据流集合中有待传输数据包的有效链路；基于拉格朗日因子和初始化解，采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到下界线性规划问题对应的最优解，最优解即最大分配活跃链路信道数，分配活跃链路信道数越大，时延越小；通过获取目标时隙下数据流集合中用于传输数据包的最大分配活跃链路信道数，使得数据包传输的时延达到最低。根据最优解，在有效链路中得到活跃链路；对活跃链路中的节点进行发射功率的调整，以最小化目标时隙内节点发射功率，确保数据传输所需的功耗最低。最终，保证高效时

【技术实现步骤摘要】
基于无人机自组网的通信资源分配方法及装置


[0001]本申请涉及无线通信网络
，尤其涉及一种基于无人机自组网的通信资源分配方法及装置。

技术介绍

[0002]无人机自组网具有低成本、抗毁性、自治性、广覆盖等特点，在军事和民事上均有着广泛的应用前景，例如蜂群作战、农业灌溉、灾害救援、环境监测等领域。在无人机自组网中，稳定的通信链路是保证网络数据传输的神经脉络，每个节点都既有路由功能，也具有终端功能，通过多跳的方式进行端到端报文传输。低延时高可靠通信需求以及动态网络拓扑给无人机自组网的端到端通信带来了严峻的挑战。目前的无人机自组网端到端性能优化的研究主要包括针对于路由协议的设计，以及路由后如何分配通信资源以进一步提高网络端到端性能。
[0003]相关技术中，在分配通信资源时，采用在多信道时分多址(Time division multiple access，简称TDMA)的基础上，基于贪婪算法的子信道分配方案，即在满足干扰限制的情况下复用信道，进行通信资源的分配。
[0004]但是基于贪婪算法的通信资源分配不能保证无人机自组网的端到端通信的低延时。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种基于无人机自组网的通信资源分配方法及装置，用以降低无人机自组网的端到端通信的延时，提高动态网络下报文数据的运输效率。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种通信资源的分配方法，应用于无人机自组网，该通信资源的分配方法，包括：
[0007]确定目标时隙下数据流集合中的有效链路，该有效链路表示目标时隙下有数据包待传输的链路，有效链路满足第一约束条件，该第一约束条件包括半双工约束条件和/或干扰约束条件；
[0008]基于拉格朗日因子和初始化解，采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到下界线性规划问题对应的最优解，该最优解用于表示最大分配活跃链路信道数，分配活跃链路信道数越大，时延越小；
[0009]根据最优解，在有效链路中得到活跃链路；
[0010]对活跃链路中的节点进行发射功率的调整。
[0011]一种可能的实现方式中，对活跃链路中的节点进行发射功率的调整，包括：
[0012]确定活跃链路中任意两个相邻节点的通信距离，任意两个相邻节点中一个节点为发射节点，另一个节点为接收节点；
[0013]根据通信距离，确定活跃链路中发射节点的发射功率，该发射节点为活跃链路中数据包的发送节点。
[0014]一种可能的实现方式中，上述通信资源的分配方法，还可以包括：
[0015]调整有效链路中非活跃链路的发射节点的功率为静默值。
[0016]一种可能的实现方式中，基于拉格朗日因子和初始化解，采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到下界线性规划问题对应的最优解，包括：
[0017]初始化拉格朗日因子和初始化解，该初始化解为目标函数的下界线性规划问题的一个可行解；
[0018]基于拉格朗日因子采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到目标时隙对应的第一信道分配最优解集合和下界线性规划问题的最优解；
[0019]在第一约束条件下，根据第一信道分配最优解集合中的非整数解，得到第二信道分配最优解集合和目标函数值；
[0020]根据下界线性规划问题的最优解和目标函数值更新拉格朗日因子；
[0021]通过更新后的拉格朗日因子，迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到收敛的最优解和拉格朗日因子。
[0022]一种可能的实现方式中，目标函数是通过以下方式确定的：
[0023]建立逐帧内无人机自组网时隙
‑
频率
‑
功率通信资源的分配优化问题，该逐帧内的通信资源分配问题满足第二约束条件，该第二约束条件包含半双工约束条件、干扰约束条件、自组网时隙冲突约束、节点发射功率约束条件和二值约束条件；
[0024]根据逐帧内无人机自组网时隙
‑
频率
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功率通信资源的分配优化问题得到固定功率后的时隙
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频率通信资源分配问题；
[0025]根据等值关系将固定功率后的时隙
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频率通信资源分配问题转换为逐时隙最大化分配活跃链路信道数问题，该逐时隙最大化分配活跃链路信道数问题对应的函数关系为目标函数。
[0026]一种可能的实现方式中，目标函数的下界线性规划问题是通过以下方式确定的：
[0027]根据二值约束条件得到目标二值约束条件；
[0028]利用罚函数法，将目标二值约束条件惩罚到目标函数中得到第一目标函数；
[0029]通过一阶泰勒将第一目标函数展开得到目标函数的下界线性规划问题。
[0030]一种可能的实现方式中，对活跃链路中节点进行发射功率的调整之后，还包括：
[0031]更新目标时隙中数据流对应的数据包通过最大分配活跃链路信道传输后的不同节点上的数据包数；
[0032]判断目标时隙中数据流对应的所有数据包是否都已到达目的节点；
[0033]若是，则表示目标时隙中数据流对应的所有数据包都已完成传输，结束通信资源的分配；
[0034]若否，则进入下一个时隙进行最大分配活跃链路信道数的求解。
[0035]第二方面，本申请实施例提供一种通信资源的分配装置，应用于无人机自组网，该通信资源的分配装置，包括：
[0036]第一确定模块，用于确定目标时隙下数据流集合中的有效链路，该有效链路表示目标时隙下有数据包待传输的链路，有效链路满足第一约束条件，该第一约束条件包括半双工约束条件和/或干扰约束条件；
[0037]求解模块，用于基于拉格朗日因子和初始化解，采用连续凸逼近迭代求解目标函
数的下界线性规划问题，得到下界线性规划问题对应的最优解，该最优解用于表示最大分配活跃链路信道数，分配活跃链路信道数越大，时延越小；
[0038]第二确定模块，用于根据最优解，在有效链路中确定活跃链路；
[0039]第一调整模块，用于对活跃链路中的节点进行发射功率的调整。
[0040]在一种可能的实现方式中，第一调整模块具体用于：
[0041]确定活跃链路中任意两个相邻节点的通信距离，该任意两个相邻节点中一个节点为发射节点，另一个节点为接收节点；
[0042]根据通信距离，确定活跃链路中发射节点的发射功率，该发射节点为活跃链路中数据包的发送节点。
[0043]在一种可能的实现方式中，通信资源的分配装置还包括第二调整模块，该第二调整模块用于：
[0044]调整有效链路中非活跃链路的发射节点的功率为静默值。
[0045]在一种可能的实现方式中，求解模块具体用于：
[0046]初始化拉格朗日因子和初始化解，该初始化解为目标函数的下界线性规划问题的一个可行解；
[0047]基于拉格朗日因子采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通信资源分配方法，其特征在于，应用于无人机自组网，所述通信资源分配方法，包括：确定目标时隙下数据流集合中的有效链路，所述有效链路表示所述目标时隙下有数据包待传输的链路，所述有效链路满足第一约束条件，所述第一约束条件包括半双工约束条件和/或干扰约束条件；基于拉格朗日因子和初始化解，采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到所述下界线性规划问题对应的最优解，所述最优解用于表示最大分配活跃链路信道数，所述分配活跃链路信道数越大，时延越小；根据所述最优解，在所述有效链路中得到所述活跃链路；对所述活跃链路中的节点进行发射功率的调整。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述活跃链路中的节点进行发射功率的调整，包括：确定所述活跃链路中任意两个相邻节点的通信距离，所述任意两个相邻节点中一个节点为发射节点，另一个节点为接收节点；根据所述通信距离，确定所述活跃链路中所述发射节点的所述发射功率，所述发射节点为所述活跃链路中所述数据包的发送节点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：调整所述有效链路中非活跃链路的发射节点的功率为静默值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于拉格朗日因子和初始化解，采用连续凸逼近迭代求解目标函数的下界线性规划问题，得到所述下界线性规划问题对应的最优解，包括：初始化所述拉格朗日因子和初始化解，所述初始化解为所述目标函数的下界线性规划问题的一个可行解；基于所述拉格朗日因子采用连续凸逼近迭代求解所述目标函数的下界线性规划问题，得到所述目标时隙对应的第一信道分配最优解集合和所述下界线性规划问题的最优解；在所述第一约束条件下，根据所述第一信道分配最优解集合中的非整数解，得到第二信道分配最优解集合和所述目标函数值；根据所述下界线性规划问题的最优解和所述目标函数值更新所述拉格朗日因子；通过更新后的所述拉格朗日因子，迭代求解所述目标函数的下界线性规划问题，得到收敛的所述最优解和所述拉格朗日因子。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标函数是通过以下方式确定的：建立逐帧内所述无人机自组网时隙
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频率
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功率通信资源的分配优化问题，所述逐帧内的通信资源分配问题满足第二约束条件，所述第二约束条件包含半双工约束条件、干扰约束条件、自组网时隙冲突约束、节点发射功率约束条件和二值约束条件；根据所述逐帧内无人机自组网时隙
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖振宇，刘岩铭，董春雨，毛浩斌，付林罡，李辉，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：