【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机巡检领域，特别是涉及一种无人机电网巡检通信资源分配方法与系统，旨在提供一种能够有效分配无人机计算任务，以减少系统通信总成本的方法和系统。
技术介绍
1、随着电力系统对设备巡检和维护需求的增加，无人机作为一种高效的巡检工具，逐渐被应用于电力设备的监控和维护中。无人机具备灵活性高、覆盖范围广、成本低等优点，能够在复杂环境中进行实时数据采集。然而，随着无人机数量的增加和任务复杂度的提高，如何有效地分配无人机的计算任务，成为了一个亟待解决的问题。
2、在电力系统中，无人机在飞行过程中会经过多个中继节点，包括bss(basestations)和gns(ground nodes)。无人机通过授权频段(licensed band transmission，lbt)和非授权频段(unlicensed bandwidth transmission，ubt)两种方式将计算任务传递给这些中继节点。中继节点接收到计算任务后，统一将其发送给云或边缘服务器进行计算任务处理。
3、传统的计算任务分配方法多依赖于集中式的管理系统，这种方法在处理简单任务时可能有效，但在面对动态变化的电力系统和多无人机协同工作时，往往显得力不从心。此外，现有技术在任务分配过程中未能充分考虑通信成本的优化，导致系统效率低下，增加了不必要的通信开销。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种无人机电网巡检通信资源分配方法与系统，旨在通过高效的任务分配机制来减少系统的通信总成本，提升电力系
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种无人机电网巡检通信资源分配系统，包括：
3、任务收集模块、协调模块、中继节点处理模块及监控和反馈模块；
4、所述任务收集模块，用于通过无人机在巡检过程中收集与无人机覆盖区域内的物联网终端设备相关的计算任务；
5、所述协调模块，包括优化算法模块、任务分配模块和通信资源分配模块，其中：
6、所述优化算法模块，用于建立电力系统无人机巡检系统的能耗优化模型，所述能耗优化模型通过合理化分配无人机所载计算任务至中继节点实现无人机巡检系统的能耗最小化，通过求解所述能耗优化模型得到任务分配方案和通信资源分配方案，所述任务分配方案决定每台无人机向路径上的中继节点选择的传输方式以及发送的计算任务，能够使得通信的总成本达到最小化，所述通信资源分配方案包括每个中继节点根据自身剩余计算资源信息评估能够接受的计算任务；
7、所述任务分配模块，用于实时收集当前网络状态信息，识别出具有通信能力且在无人机飞行路线上的中继节点，根据任务分配方案将计算任务传输给识别出的中继节点；
8、所述通信资源分配模块，用于动态评估每个中继节点的实际通信资源情况，根据通信资源分配方案调整任务分配方案；
9、所述中继节点处理模块，用于将从所述协调模块接收到的计算任务传输给上层云或边缘服务器进行计算；
10、所述监控和反馈模块，用于实时接收通信网络状态信息并反馈给所述协调模块。
11、进一步的，所述无人机在任务收集的过程中，将定期更新其电量状态，并在电池电量低于设定阈值时，自动调整巡检计划，选择最优的路线以尽快返回地面节点进行电池更换或充电。
12、进一步的，无人机收集到计算任务后通过收集巡检区域内中继节点的位置信息、最大任务接收量以及能耗指标，为无人机的路径规划提供基础数据，路径规划模块建立能耗模型，考虑飞行能耗和通信所需消耗两个方面，评估不同飞行条件下的能耗状况；同时通过构建通信成本模型，评估每台无人机的通信成本。
13、进一步的，所述能耗优化模型对无人机巡检系统使用授权频段和非授权频段两种传输方式上传数据至中继节点时的能耗进行建模，所述优化算法采用交替方向乘子法解决优化问题，所述优化问题如下：
14、
15、其中，e(1)(x)为采用非授权频段的系统通信成本，e(2)(y)为采用授权频段的系统通信成本；ζl、ηn分别为gn l、bs n的最大数据接纳能力，λi表示无人机i在τ时间内发送的数据总量，εi表示无人机i电池允许的最大能耗；
16、所述交替方向乘子法将全局优化问题划分为n个子问题，每个子问题由无人机利用其私有信息进行求解，定义gij＝<xil,yin>为无人机i向中继节点j发送的数据量,nj＝<ζl,ηn>表示中继节点的最大数据接收能力集合,所述优化问题简化为：
17、
18、定义第i个无人机的可行集得到第i个无人机的指示函数定义如下:
19、
20、同样对于联合优化问题中的其他约束条件，定义可行域则指示函数为:
21、
22、通过将所述优化问题中的约束条件转化为指示函数，得到admm形式的函数如下：
23、
24、s.t.g-n＝0
25、其中h(n)＝id(g)。
26、最终得到的结果是一个最优化的g值，这个g值对应的能耗值最小。
27、进一步的，所述任务分配模块收集的当前网络状态信息包括各个中继节点的地理位置、负载情况和通信能力，中继节点包括基站bss和地面节点gns。
28、进一步的，所述通信资源分配模块，具体用于，通过不断获取各个中继节点的当前负载状态、网络带宽和处理能力，动态评估每个中继节点的实际通信资源情况，分析中继节点在特定时间内可用于任务处理的通信资源，进而调整任务分配方案，以避免超载现象的发生。
29、一种无人机电网巡检通信资源分配方法，其应用于权利所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，所述方法包括：
30、步骤s1，实时获取无人机巡检过程中每个中继节点的通信资源和当前任务负载信息，以确保实时监测各中继节点的工作状态。
31、步骤s2，所述任务收集模块通过无人机在巡检过程中收集与无人机覆盖区域内的物联网终端设备相关的计算任务。
32、步骤s3，协调模块的优化算法模块建立电力系统无人机巡检系统的能耗优化模型，所述能耗优化模型通过合理化分配无人机所载计算任务至中继节点实现无人机巡检系统的能耗最小化，通过求解所述能耗优化模型得到任务分配方案和通信资源分配方案，所述任务分配方案决定每台无人机向路径上的中继节点选择的传输方式以及发送的计算任务，能够使得通信的总成本达到最小化，所述通信资源分配方案包括每个中继节点根据自身剩余计算资源信息评估能够接受的计算任务；
33、协调模块的务分配模块实时收集当前网络状态信息，识别出具有通信能力且在无人机飞行路线上的中继节点，根据任务分配方案将计算任务传输给识别出的中继节点；
34、协调模块的通信资源分配模块动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，包括任务收集模块、协调模块、中继节点处理模块及监控和反馈模块；
2.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，所述无人机在任务收集的过程中，将定期更新其电量状态，并在电池电量低于设定阈值时，自动调整巡检计划，选择最优的路线以尽快返回地面节点进行电池更换或充电。
3.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，无人机收集到计算任务后通过收集巡检区域内中继节点的位置信息、最大任务接收量以及能耗指标，为无人机的路径规划提供基础数据，优化算法模块建立能耗模型，考虑飞行能耗和通信所需消耗两个方面，评估不同飞行条件下的能耗状况；同时通过构建通信成本模型，评估每台无人机的通信成本。
4.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，所述能耗优化模型对无人机巡检系统使用授权频段和非授权频段两种传输方式上传数据至中继节点时的能耗进行建模，所述优化算法采用交替方向乘子法解决优化问题，所述优化问题如下：
5.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分
6.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，所述通信资源分配模块，具体用于，通过不断获取各个中继节点的当前负载状态、网络带宽和处理能力，动态评估每个中继节点的实际通信资源情况，分析中继节点在特定时间内可用于任务处理的通信资源，进而调整任务分配方案，以避免超载现象的发生。
7.一种无人机电网巡检通信资源分配方法，其特征在于，应用于权利要求1-6中任一项所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，包括任务收集模块、协调模块、中继节点处理模块及监控和反馈模块；
2.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，所述无人机在任务收集的过程中，将定期更新其电量状态，并在电池电量低于设定阈值时，自动调整巡检计划，选择最优的路线以尽快返回地面节点进行电池更换或充电。
3.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，无人机收集到计算任务后通过收集巡检区域内中继节点的位置信息、最大任务接收量以及能耗指标，为无人机的路径规划提供基础数据，优化算法模块建立能耗模型，考虑飞行能耗和通信所需消耗两个方面，评估不同飞行条件下的能耗状况；同时通过构建通信成本模型，评估每台无人机的通信成本。
4.如权利要求1所述的无人机电网巡检通信资源分配系统，其特征在于，所述能耗优化模型对无人机巡检...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘焱，李莹玉，俞亮，许瀚，朱锐，饶江颖，刘进峰，董彬，屈虎，
申请(专利权)人：湖北华中电力科技开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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