【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空地协作网络通信，具体涉及一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法及系统。
技术介绍
1、近年来，在灾后应急通信中，无人机发挥着关键作用，展现了其作为通信中继的重要优势。在紧急情况下，无人机能够快速部署，充当移动通信中继，弥补地面基站受损区域或覆盖范围不足的空白。例如，2017年墨西哥地震期间，地面通信基础设施遭到严重破坏，而携带通信设备的中继无人机成功被派往受灾地区上空，成功建立了可靠的传输链路。这种灵活高效的应用使得无人机在灾后应急通信中不可或缺，有效提升了救援效率和应急响应能力。然而，在灾后恶劣的环境下，如何最大化用户数据速率仍然是亟待解决的重要问题，对网络性能和效率提出了更高的要求，为该领域的研究者提供了严峻挑战。
2、现有技术一，致力于提高无人机应急通信中的资源利用效率和系统容量。具体而言，为拓展基站的信号覆盖范围，技术一提出了一种上行协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access，noma)方案，并构建了一种基于noma的无人机辅助网络的应急通信框架。
3、现有技术二，致力于实现基站、无人机和用户之间的协作，旨在提高用户的传输性能。具体而言，为最大限度地提高空地协作网络的覆盖性能，现有技术二首先对无人机的高度进行了优化。然后，为提高用户接收的数据速率和，现有技术二对网络中的频谱分配进行了优化。
4、然而，现有技术存在的问题是：
5、首先，现有技术一主要采用noma技术进行任务的传输。然而，noma技术引入了非正交的信号
6、解决上述技术问题的难度：
7、在空地协作的灾后应急通信网络中，将noma技术引入译码转发中继协议，有利于提高频谱利用率。然而，noma技术引入了非正交的信号叠加，需要解决多用户间干扰的问题，并且在灾后环境中，频谱资源可能受限。在这种情况下，需要合理地设计频谱分配策略。同时，中继无人机的部署对于灾后通信的性能至关重要，需要合理地优化无人机的三维部署。并且为满足每个用户接收的数据质量，需要设计合理的资源分配方法。
8、解决上述技术问题的意义：
9、本方法所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法。具体而言，首先，采用noma来增强空地协作网络的传输和任务处理性能。然后，将用户接收的数据速率优化问题形式化为频谱与无人机三维部署的优化问题。之后，结合闭式解推导、匈牙利算法、基于长短期记忆的循环神经网络法、随机梯度下降法进行迭代求解。最后，实现了速率和最大化的目的。
10、本专利技术实施例提供的一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，旨在满足用户对数据速率质量的要求。面向灾后应急通信网络大量节点的通信需求，本方法采用具有灵活部署特性的无人机作为中继，可快速搭建临时通信网络，并有效扩展覆盖范围、增加信道容量。通过将通信服务扩展至传统通信基站难以覆盖的区域，能够弥补传统通信基站在快速部署和覆盖范围等方面的不足，从而满足灾后应急通信网络对通信性能的迫切需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法及系统，将用户接收的数据速率优化问题形式化为频谱与无人机三维部署的优化问题；之后，结合闭式解推导、匈牙利算法、基于长短期记忆的循环神经网络法、随机梯度下降法进行迭代求解，用于解决灾后应急通信困难的技术问题。
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，包括以下步骤：
4、s1、构建由1个固定的基站、1个中继无人机和m个用户组成的灾后应急通信网络模型；
5、s2、基于步骤s1得到的灾后应急通信网络模型构建基于noma增强型的无人机灾后应急通信模型；
6、s3、基于步骤s2得到的基于noma增强型的无人机灾后应急通信模型，构建灾区用户接收的数据速率优化问题的目标函数与优化条件；
7、s4、基于步骤s3构建的速率优化问题的目标函数与优化条件构建完成面向空地一体化应急通信网络的资源分配。
8、优选地，灾后应急通信网络模型具体为：
9、定义集合m＝{1,...,m}；设m个用户共用n个频谱，定义n＝{1,...,n}；
10、定义频谱分配策略为：
11、
12、其中，xm,n∈{0,1}；
13、当第m个用户使用第n个频谱，xm,n＝1，否则xm,n＝0；
14、使用笛卡尔坐标系，将基站的位置定义为原点，基站天线高度为hb，基站的坐标为ψb＝(0,0,hb)；无人机的坐标为ψu＝(x,y,z)，x为无人机的x-轴坐标，y为无人机的y-轴坐标，z为无人机的z-轴坐标；第m个用户的坐标被定义为ψm＝(xm,ym,0)，xm为x-轴坐标，ym为y-轴坐标；
15、将非正交多址技术集成到译码转发中继协议中；基站在第一个时隙向中继无人机传输数据；基站在第二个时隙中，中继无人机解码数据并将其传输到m个用户；同时，基站向m个用户传输数据。
16、优选地，基于noma增强型的无人机灾后应急通信模型具体为：
17、定义基站和无人机的信道功率增益基站和用户的信道功率增益以及无人机和用户进行通信时的信道功率增益确定所有用户接收的数据速率和rsum(x,ψu)；
18、基站和无人机的信道功率增益基站和用户的信道功率增益无人机和用户进行通信时的信道功率增益如下：
19、
20、
21、
22、其中，和分别为基站-无人机、基站-用户以及无人机-用户之间的小尺度衰落分量，hb,u、hb,m和hu,m分别为基站-无人机、基站-用户以及无人机-用户之间的大尺度衰落分量。
23、更优选地，第m个用户接收的数据速率表示为：
24、
25、其中，pb为基站的发射功率，pu为无人机的发射功率，σ2为噪声功率，和通过一阶高斯-马尔可夫过程估计；
26、rsum(x,ψu)表示为：
27、
28、
29、其中，n为频谱个数，xm,n为频谱分配策略。
30、优选地，灾区用户接收的数据速率优化问题的目标函数与优化条件为：
31、p1:
32、s.t.c1:
33、c2:
34、c3:
35、c4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，灾后应急通信网络模型具体为：
3.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，基于NOMA增强型的无人机灾后应急通信模型具体为：
4.根据权利要求3所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，第m个用户接收的数据速率表示为：
5.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，灾区用户接收的数据速率优化问题的目标函数与优化条件为：
6.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，构建面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法具体为：
7.根据权利要求6所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，频谱分配问题P2和无人机三维部署优化问题P3具体为：
8.根据权利要求7所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，简化后
9.根据权利要求6所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，求解无人机三维部署优化问题P3具体为：
10.一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，灾后应急通信网络模型具体为：
3.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，基于noma增强型的无人机灾后应急通信模型具体为：
4.根据权利要求3所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，第m个用户接收的数据速率表示为：
5.根据权利要求1所述的面向空地一体化应急通信网络的资源分配方法，其特征在于，灾区用户接收的数据速率优化问题的目标函数与优化条件为：
...【专利技术属性】
技术研发人员：何亦昕，李林洋，陈滨，朱丽军，黄方慧，王立娟，叶宝林，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：
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