一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法及系统技术方案

本申请公开了一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法及系统，其中基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法具体包括以下步骤：进行参数初始化；响应于初始化状态信息，获取最佳航点访问顺序；根据最佳航点访问顺序，获取第一无人机初始轨迹；根据第一无人机初始轨迹，确定最佳传输策略；本申请通过探究两个连续巡航点之间的最佳传输策略，可以合理利用有限的计算资源，减小任务完成时间和能量消耗，并且可以及时获得处理后的数据以便制定应对方案，输出最佳传输策略。输出最佳传输策略。输出最佳传输策略。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法及系统


[0001]本申请涉及移动通信领域，具体地，涉及一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法及系统。

技术介绍

[0002]随着5G技术和物联网技术的飞速发展，传统的地面通信技术已经满足不了日益增长的数据吞吐量需求，无人机作为一种机动性和拓展性较高的工具在通信领域扮演着越来越重要的角色，可以将网络拓展到空中，实现通信网络的全覆盖。无人机不仅可以作为空中基站，还可以作为中继、空中用户等。无人机作为数据信息采集者是一种有前景的应用，学术界对其进行了大量研究并形成了较为成熟的方案。但是利用无人机做多地点巡逻检查任务目前得到的关注较少，且没有有效的轨迹初始化方案。在这种场景中，无人机需要到多个固定的地点执行数据采集任务，这就对无人机遍历固定数据采集点的顺序提出了更高的要求。针对遍历若干个定点问题，目前存在的轨迹设计方案有取送货问题(Pickup
‑
and
‑
Delivery Problem)和旅行商问题(Traveling SalesmanProblem)。这两种轨迹设计方案分别从不同的角度进行考量。具体来说，取送货问题要求无人机经过定点A后必须经过定点B，在这种严格的因果性约束条件下寻找出最短路径，但是这种具有严格因果性的方案并不适用多数要求遍历定点的场景，特别是在巡检点数量和基站数量不相等的情况下。而旅行商问题只要求总距离最短，这种方案虽然对减小无人机飞行能耗有一定作用，但是只单一考虑了飞行距离，完全忽略了数据传输时间对无人机系统能耗的影响。当巡航点与基站相距甚远，无人机卸载大规模数据给基站将由于距离过长花费大量时间传输数据。所以旅行商问题方案有一定的局限性，并不完全适用于巡检场景，最后也会导致效果不够理想。
[0003]因此，如何提供一种最小比率旅行商问题方案，从而弥补了旅行商问题方案的局限，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请针对无人机定点巡检场景提出一种新的轨迹设计方案。考虑网联无人机需要将在巡航点采集到的信息卸载至基站处理，传统的轨迹初始化方案并不能有效降低无人机系统整体能量，并且当无人机需要遍历K个巡航点时，存在K！种轨迹，这是一个非确定性多项式困难性问题(non
‑
deterministic polynomial problem)。本申请提出的轨迹初始化方案在面对大规模数据卸载时表现出优异的性能，弥补了传统轨迹初始化方案的局限与不足。
[0005]为了解决上述问题，本申请提供了一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法，具体包括以下步骤：进行参数初始化；响应于初始化状态信息，获取最佳巡航点访问顺序；根据最佳巡航点访问顺序，获取第一无人机初始轨迹；根据第一无人机初始轨迹，确定最佳传输策略；输出最佳传输策略。
[0006]如上的，其中，参数初始化为对参数进行赋值，具体包括，输入巡航点的位置
K表示巡航点的数量，k表示自然数，起点q
I
与终点q
F
位置以及基站的位置基站的高度均设为H
G
。
[0007]如上的，其中，参数初始化还包括，设定无人机在飞行过程中在恒定高度H
f
保持匀速飞行，即速度v＝V
max
＝50m/s；将起点、终点、巡航点统称为节点，设定无人机在任意两个节点a，b之间所花费的时间T
a,b
表示为表示为g
a
和g
b
分别表示节点a和节点b的二维平面的位置。
[0008]如上的，其中，参数初始化还包括，将节点a到节点b的路径划分成N条线段，则第n条线段对应的无人机位置和飞行时间分别为q
n
和τ
n
，在此期间无人机在每个时隙与不同基站建立联系的时间表示为
[0009]如上的，其中，获取最佳巡航点访问顺序包括，确定无人机与距离小于指定距离的基站通信的数据吞吐量。
[0010]如上的，其中，数据吞吐量Q
a,b
为：
[0011][0012]其中B为带宽，P
n
为无人机在第n个时隙的发射功率，γ
m
与传播环境与基站天线增益有关，α为路径损耗分量，其中N表示节点a到节点b的路径划分成N条线段，H
G
表示基站的高度，w
m
表示基站位置，q
n
表示第n条线段对应的无人机位置，H
f
表示无人机在飞行过程中在恒定高度。
[0013]如上的，其中，获取的最佳巡航点访问顺序确定第一无人机初始轨迹，其中按照最佳巡航点访问顺序，将起点、各巡航点和终点依次连接得到第一无人机初始轨迹。
[0014]如上的，其中，在确定最佳传输策略的过程中，还包括，确定第三无人机传输轨迹。
[0015]一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计系统，具体包括，初始化单元、最佳巡航点访问顺序获取单元、第一无人机初始轨迹获取单元、最佳传输策略获取单元以及输出单元；初始化单元，用于进行参数初始化；最佳巡航点访问顺序获取单元，用于获取最佳巡航点访问顺序；第一无人机初始轨迹获取单元，用于根据最佳巡航点访问顺序，获取第一无人机初始轨迹；最佳传输策略获取单元，用于根据第一无人机初始轨迹，确定最佳传输策略；输出单元，用于输出最佳传输策略。
[0016]如上的，其中，最佳传输策略获取单元还包括，第三无人机初始轨迹获取模块，用于获取第三无人机初始轨迹。
[0017]本申请具有以下有益效果：
[0018](1)本申请通过探究两个连续巡航点之间的最佳传输策略，可以合理利用有限的计算资源，减小任务完成时间和能量消耗，并且可以及时获得处理后的数据以便制定应对方案。
[0019](2)本申请通过制定明确的衡量标准可以大大提高系统性能和工作效率。相比选
取任意巡航点访问顺序和TSP方案，本专利技术提出的方案在面临大规模数据卸载时更具有操作性和实用性。
[0020](3)本申请可以达到最小化无人机系统整体能耗目的。当信息采集量较小时，采用旅行商问题方案进行轨迹初始化；当任务量较大时，采用最小比率旅行商问题方案，实现数据的快速传输，减小数据传输时间。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是根据本申请实施例提供的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计系统的内部结构图；
[0023]图2根据本申请实施例提供的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计系统的另一内部结构图；
[0024]图3是根据本申请实施例提供的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法的流程图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：进行参数初始化；响应于初始化状态信息，获取最佳巡航点访问顺序；根据最佳巡航点访问顺序，获取第一无人机初始轨迹；根据第一无人机初始轨迹，确定最佳传输策略；输出最佳传输策略。2.如权利要求1所述的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法，其特征在于，参数初始化为对参数进行赋值，具体包括，输入巡航点的位置K表示巡航点的数量，k表示自然数，起点q
I
与终点q
F
位置以及基站的位置基站的高度均设为H
G
。3.如权利要求2所述的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法，其特征在于，参数初始化还包括，设定无人机在飞行过程中在恒定高度H
f
保持匀速飞行，即速度v＝V
max
＝50m/s；将起点、终点、巡航点统称为节点，设定无人机在任意两个节点a，b之间所花费的时间T
a,b
表示为g
a
和g
b
分别表示节点a和节点b的二维平面的位置。4.如权利要求2所述的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法，其特征在于，参数初始化还包括，将节点a到节点b的路径划分成N条线段，则第n条线段对应的无人机位置和飞行时间分别为q
n
和τ
n
，在此期间无人机在每个时隙与不同基站建立联系的时间表示为5.如权利要求4所述的基于网联无人机的移动边缘计算轨迹设计方法，其特征在于，获取最佳巡航点访问顺序包括，确定无人机与距离小于指定距离的基站通信的数据吞吐量。6.如权利要求5所述的基于网联...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鼎成，王俊，肖霖，吴法辉，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：