【技术实现步骤摘要】
无人机通信系统数据压缩及调度方法
[0001]本专利技术属于无人机通信领域，涉及一种无人机通信系统数据压缩及调度方法
。
技术介绍
[0002]近年来，无人机已在多个领域获得广泛应用
。
由于无人机具有灵活性
、
高移动性及低成本等优点，可在无线通信系统中作为空中基站
、
中继
、
数据收集器等，以有效提升通信系统数据传输能力及系统容量
。
无线传感器网络中，使用无人机收集传感器节点的数据，可缓解传感器网络能量空洞，节点能耗敏感等问题，提高数据收集性能，然而，在无人机辅助的传感器网络中，无人机的部署及轨迹优化方案以及传感器节点的数据调度策略均显著影响系统数据传输性能
。
[0003]目前已有文献研究无线传感器网络数据传输问题，如有文献联合优化设计无人机部署及无线资源分配策略问题，以实现无人机服务的物联网设备数量最大化；又例如，有文献提出基于数据传输时延优化的资源分配方案；但现有研究较少联合考虑无人机轨迹设计
、
数据传输及压缩机制
。
此外，现有文献对无人机通信系统的能耗优化尚缺乏深入研究
。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种无人机通信系统数据压缩及调度方法，可以在满足无线传感器数据传输等约束条件下，优化设计无人机部署
、
数据传输和压缩策略，实现系统能耗最小化，从而实现资源分配及无人机部署的联合优化
。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.
一种无人机通信系统数据压缩及调度方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1
：建模无人机通信系统；
S2
：建模信道及数据传输速率；
S3
：建模系统关联变量；
S4
：利用均值漂移算法确定节点分簇策略；
S5
：建立无人机数据压缩感知及重构模型；
S6
：建模无人机及传感器节点能耗；
S7
：建模无人机数据调度及轨迹优化限制条件；
S8
：基于系统能耗优化确定数据调度及轨迹优化策略
。2.
根据权利要求1所述的无人机通信系统数据压缩及调度方法，其特征在于，步骤
S1
中，建模的无人机通信系统包括数据中心
、
一个主无人机
PU、
多个辅助无人机
HU
和传感器节点
SN
；其中，
SN
收集环境数据并传输至
HU
；
HU
作为空中中继节点部署于传感器网络上方，收集所关联
SN
的数据，并发送至
PU
；
PU
从数据中心正上方出发依次飞行至各
HU
的上方，收集
HU
的数据，并将数据卸载至数据中心；令
SN
k
表示第
k
个
SN
，表示
SN
k
所收集的原始数据，
η
k
表示的数据量，
ω
k
＝
(x
k
,y
k
,0)
表示
SN
k
的位置坐标，
1≤k≤K
，
K
表示
SN
的数量，
ω0＝
(x0,y0,0)
表示数据中心的位置坐标；将系统时间划分为大小相等的时隙，令
T
表示时隙总数，
τ
表示时隙长度；假设
PU
在一个时隙内位置固定不变，第
t
个时隙
PU
的位置表示为其中，
z1表示
PU
的飞行高度，设置为常数；令
HU
i
表示第
i
个
HU
，其位置表示
1≤i≤I
，
z2＜
z1，其中
I
表示
HU
的数目，
z2表示
HU
的部署高度，设置为常数；将系统带宽划分为
L
个子信道，令
B
表示系统子信道带宽，
SN
采用正交频分多址
OFDMA
技术占用不同子信道将所收集的数据发送至所关联的
HU。3.
根据权利要求2所述的无人机通信系统数据压缩及调度方法，其特征在于，步骤
S2
中，建模信道及数据传输速率具体包括：令
g
k,i
表示
SN
k
与
HU
i
之间链路的信道功率增益，建模为：其中，
β0为参考距离
d0＝
1m
时的信道功率增益；
d
k,i
为
SN
k
与
HU
i
之间的距离，建模为：令
R
k,i
表示
SN
k
传输数据至
HU
i
时对应的数据传输速率，建模为：其中，
P
k
为
SN
k
的发送功率，
σ2表示信道噪声功率；第
t
个时隙
HU
i
与
PU
之间的信道功率增益建模为：其中，为第
t
个时隙
HU
i
与
PU
之间的距离，建模为：
令为第
t
个时隙
HU
i
传输数据至
PU
的数据传输速率，建模为：其中，
P
iu
为
HU
i
传输数据至
PU
时采用的发送功率；第
t
个时隙
PU
与数据中心之间的信道功率增益建模为：其中，
d
t
为第
t
个时隙
PU
与数据中心之间的距离，建模为：令为第
t
个时隙
PU
卸载数据至数据中心的速率，建模为：其中，
P
tu
为第
t
个时隙
PU
的发送功率
。4.
根据权利要求3所述的无人机通信系统数据压缩及调度方法，其特征在于，步骤
S3
中，建模系统关联变量具体包括：
(1)
建模
SN
成簇变量：令
α
k,i
表示
SN
k
与
HU
i
之间的关联变量，若
α
k,i
＝1，则
SN
k
与
HU
i
关联，反之，
α
k,i
＝0；
(2)
建模
HU
数据传输变量：令
β
t,i
表示
HU
i
与
PU
之间的数据传输变量，若
β
t,i
＝1，则
HU
i
传输数据至
PU
，反之，
β
t,i
＝0；
(3)
建模
PU
数据卸载变量：令
γ
t
表示第
t
个时隙
PU
与数据中心之间的数据卸载变量，若
γ
t
＝1，则第
t
个时隙
PU
将
HU
i
数据卸载至数据中心，反之，
γ
t
＝
0。5.
根据权利要求4所述的无人机通信系统数据压缩及调度方法，其特征在于，步骤
S4
中，利用均值漂移算法确定节点分簇策略具体包括以下步骤：
S41
：初始化：令表示
SN
的集合，即
Φ
i
表示第
i
个簇内
SN
的集合，令
1≤i≤I
，令
d
max
为节点覆盖半径，
i
＝1；
S42
：选择初始中心点：随机选择作为初始
SN
，假设
SN
k
为所选择的
SN
，
SN
k
的位置
w
k
为初始中心点，令中心点位置
Φ
i
＝
Φ
i
∪{SN
k
}
；
S43
：计算偏移矢量：确定集合中与的距离不大于
d
max
的
SN
，将其添加入
Φ
i
，也即若且则令
Φ
i
＝
Φ
i
∪{SN
j
}
，其中
w
j
表示集合中与的距离不大于
d
max
的
SN
j
的位置；对所有的
SN
j
∈
Φ
i
，
SN
j
≠SN
k
，计算
SN
j
与之间的平均距离向量；令
M
i
为平均距离向量，定义为
S44
：重新选择中心点：更新中心点位置为
S45
：更新簇内节点：重复步骤
S43
～
S44
，直至
技术研发人员：柴蓉，李沛欣，李立凡，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。