【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大规模设备在上行无线网络中接入和传输的优化领域，特别涉及基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法及系统。
技术介绍
1、超可靠低时延通信(urllc)是第六代移动通信系统(6g)的一个重要组成部分，旨在提供高可靠性和低时延的通信服务。这种通信技术可以广泛应用于无人机(uav)等网络中，实现动态部署、高速传输和无地理限制的通信。
2、在通信过程中，视距通信(los)指的是传输链路可以直接通过视野内的距离建立通信连接，而非视距通信(nlos)则指在地面发射机和接收器之间存在长距离或无法直接建立视距连接的情况。针对这些不同的通信环境，需要采用不同的技术手段来实现可靠的通信。
3、正交多址接入(oma)是一种传输技术，通过利用授权为基础的反馈模式进行资源调度，实现多用户之间的分离传输。而非正交多址接入(noma)是另一种传输技术，具有高频谱利用率、低接入时延和高可扩展性等优势，可以提供更高的频谱效率和更大的连接设备容量。
4、非正交多址技术作为5g时代的重要技术，可以实现频谱资源的有效复用，解决部分数据包的碰撞问题，获得更低的丢包率和更高的通过率，目前研究较多的是功率域非正交多址接入技术，系统在发送端选择不同的发送功率，在接收端进行连续干扰消除，在相同的时频资源条件下通过不同的功率等级实现多址接入。
5、一种联合优化方案，包括无人机轨迹规划、设备调度和功率控制。在无人机轨迹规划方面，我们对空间进行离散化，并提出了基于最小集覆盖(msc)的算法，以最小化无人机的悬停位
6、但其也有存在的问题：
7、1.复杂性：该方案中的优化问题涉及到无人机轨迹规划、设备调度和功率控制等多个方面，因此算法的复杂性较高。这会导致计算量大、运算时间长，不利于实时应用和处理大规模设备。
8、2.近似算法：在设备调度部分，将问题重新建模为k-cut问题并使用近似算法求解最优值。这种近似方法可能无法得到最优解，对系统性能产生一定影响。
9、3.需要大量资源：该方案需要大量无人机资源来进行轨迹规划和数据收集。对于大规模设备的场景，这可能需要部署大量的无人机，增加了系统的成本和复杂性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法及系统，以解决上述问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，包括：
4、采集网络设备信息和环境参数，并对采集的数据进行初始化；
5、基于采集的数据构建无线网络建模为noma上行网络；
6、在noma上行网络模型中，通过计算节点和位置之间的距离并选择能够覆盖最多未覆盖节点的位置，优化无人机的轨迹；
7、在noma上行网络模型中，根据物联网设备之间的干扰关系构建干扰图，以有向图的形式表示设备之间的关联，通过计算切割权重，选择最佳的设备划分方式；
8、建立设备间通信容量、传输功率和干扰因素之间的功率方程模型，实现设备的功率分配。
9、可选的，网络设备信息和环境参数包括设备数量、数据采集量和网格点边长；初始化包括：初始化变量和参数，具体为迭代次数、收敛阈值、设备位置和设备初始化调度方案和控制策略。
10、可选的，基于采集的数据构建无线网络建模为noma上行网络：
11、包括一个无人机无线接入点和多个物联网设备，每个设备集群由无人机分配一个独立的时隙，并在该时隙中使用noma技术将信息传输给无人机接入点的模型。
12、可选的，具体为：
13、无人机的静止点用q＝{q1,q2,...,qk}表示，其中qk＝{xk,yk}表示第k个静止点的水平位置坐标；被无人机覆盖的设备集合由uk＝{1,2,...,m}表示，整个网络中的所有设备由u＝u1∪u2∪...∪uk表示；
14、假设每个时隙选择部分被覆盖的设备来传输数据给无人机；无人机在静止点qk的悬停时间由tk时隙表示，表示为tk＝{1,2,...,tk}，飞行周期为t＝t1∪t2∪...∪tk；数据在无人机的飞行周期内发送给无人机；无人机的飞行高度h和覆盖半径r是固定的；
15、设备与无人机之间的信道功率增益定义为gm，设备按照信道功率增益的降序排序，即gm>gn，对于所有的m<n；同时当发射机tx和接收机rx位置固定时，信道条件保持静态或准静态；
16、定义s(t)＝{sm(t)|m∈u}作为时隙t时设备的调度策略，其中sm(t)＝1表示设备m被调度，sm(t)＝0表示设备m未被调度；定义p(t)＝{pm(t)|m∈u}作为功率控制策略，其中pm(t)表示时隙t时设备m的传输功率；定义s＝{s(t)|t∈t}和p＝{p(t)|t∈t}作为设备的总调度和传输功率策略。
17、可选的，在noma上行网络模型中，通过计算节点和位置之间的距离并选择能够覆盖最多未覆盖节点的位置，优化无人机的轨迹：
18、设置i＝0，并将所有节点q1-qk和m个随机位置初始化为设备；
19、计算距离，对于每个节点qj和位置pi：计算节点qj和位置pi之间的三维欧氏距离dist(qj,pi)；
20、设置一个空的已选节点集合selected_nodes；设置一个空的未覆盖节点集合uncovered_nodes，将所有节点q1-qk加入其中；
21、对于每个位置pi，创建一个空的可覆盖该位置的节点集合coverable_nodes；对于每个节点qj，如果dist(qj,pi)<＝覆盖半径r，则将节点qj加入coverable_nodes；
22、将coverable_nodes存储在字典中，以位置pi作为键，对应的节点集合为值；选择能够覆盖最多未覆盖节点的位置best_position：初始化最大覆盖节点数为0；遍历每个位置pi和相应的coverable_nodes：如果coverable_nodes[pi]的长度大于最大覆盖节点数：更新最大覆盖节点数为coverable_nodes本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，网络设备信息和环境参数包括设备数量、数据采集量和网格点边长；初始化包括：初始化变量和参数，具体为迭代次数、收敛阈值、设备位置和设备初始化调度方案和控制策略。
3.根据权利要求1所述的基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，基于采集的数据构建无线网络建模为NOMA上行网络：
4.根据权利要求3所述的基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，在NOMA上行网络模型中，通过计算节点和位置之间的距离并选择能够覆盖最多未覆盖节点的位置，优化无人机的轨迹：
6.根据权利要求1所述的基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，在NOMA上行网络模型中，根据物联网设备之间的干扰关系构建干扰图，以有向图的形式表示设备
7.根据权利要求1所述的基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，建立设备间通信容量、传输功率和干扰因素之间的功率方程模型，实现设备的功率分配：
8.基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于NOMA的最小化空中设备接入时延的部署优化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，网络设备信息和环境参数包括设备数量、数据采集量和网格点边长；初始化包括：初始化变量和参数，具体为迭代次数、收敛阈值、设备位置和设备初始化调度方案和控制策略。
3.根据权利要求1所述的基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，基于采集的数据构建无线网络建模为noma上行网络：
4.根据权利要求3所述的基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于noma的最小化空中设备接入时延的部署优化方法，其特征在于，在noma上行网络模型中，通过计算节点和位置之间的距离并选择能够覆盖最多未覆盖节点的位置，优化无人机的轨迹：
6.根据权利要求1所述的基于noma的最小化空中设备接入时延的部署...
【专利技术属性】
技术研发人员：周子涵，唐文昕，蔡章杰，覃彩娜，翟道森，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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