[发明专利]一种基于缓存的无人机中继辅助车联网传输优化方法

说明书

本发明公开了一种基于缓存的无人机中继辅助车联网传输优化方法，首先，构建基于缓存的无人机中继辅助车联网通信系统，同为行驶车辆提供改进的、灵活的服务，具有缓存存储的无人机可以预先缓存一些常用文件，并从卫星请求未存储的数据；其次，构建以最大化地面车辆最小可达到速率和为目标的优化函数：分别固定无人机轨迹变量与调度变量，将优化问题分解转化为两个子问题；然后，采用一个两层的迭代算法迭代无人机轨迹与资源分配策略，直到优化问题收敛到预先设定的精度。本发明优化无人机的飞行轨迹与车辆‑无人机分配策略，达到优化整个系统中最大地面车辆可接受速率和的效果。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于缓存的无人机中继辅助车联网传输优化方法。

背景技术

随着信息技术的发展和智能生活方式的普及，汽车作为一种重要的交通工具，被赋予了越来越多的智能，以缓解交通拥挤，保护环境，节约能源。很多数据是由车辆的传感器产生的，这些传感器数据需要被传输到云端进行分析和处理。因此，如何实现稳定、高性能的车联网传输是非常重要的。近年来，车辆对网络(V2N)的研究成为实现智能车辆通信的热点。通过路边单位的帮助，车辆可以从网络上获取地图更新、交通管理、交通报告等信息。因此，车辆与路侧单元之间的传输方案设计在V2N通信中也越来越受到重视。在V2N中部署路边单元，以支持来自车辆的各种服务请求。然而，由于车辆的高速移动，仅靠路边单位的合作来满足V2N通信需求是非常具有挑战性的。

不仅如此，随着社会对通信系统要求的提高，通信系统的能量消耗对人类生存、健康及环境所带来的问题越来越受到关注。由此，业界提出了以追求高能效为目标的绿色通信概念，而功率分配问题则直接影响到了整个系统的能效指标。系统的总功率消耗，不仅包括发射机的实际发射功率，也包括维持设备运转时的电路功耗。

在这种情况下，产生了一种无人机(UAV)作为移动基站(BS)的方案，可以根据通信的需求，灵活部署或撤离，从而降低功耗。与地面BSs相比，无人机可以在没有基础设施覆盖或传统地面基站较难支持的场景，如车辆高速移动的车联网中，提供更可靠的无线传输。因此，利用无人机进行辅助通信十分有必要。而研究无人机的轨迹优化问题对于充分有效地利用无人机辅助通信至关重要。

本发明设计了一种基于缓存的无人机中继辅助车联网传输优化方法。该通信系统由一架单天线无人机和路边包含多天线的基站组成，协同为行驶车辆提供通信服务，具有缓存存储的无人机可以预先缓存一些常用文件，并从卫星请求未存储的数据。该方法以最大化地面车辆最小可达到速率和为目标，以满足无人机轨迹限制、无人机提供车辆所需数据的能力为约束条件，建立了以无人机轨迹与无人机-车辆分配策略为设计变量的数学优化模型。通过分别固定两个变量，将原始的非凸优化问题分解为两个子问题。再利用泰勒展开法和拉格朗日对偶法，并借助于SCA技术，将两个子问题转化为凸优化问题。最后通过一个两层的迭代算法，联合优化无人机轨迹与车辆分配策略。

发明内容

发明目的：本发明为使车联网通信系统获得良好的传输性能而提出一种基于缓存的无人机中继辅助车联网传输优化方法，并得到最优的地面车辆最小可接受速率和。

发明内容：本发明提出一种基于缓存的无人机中继辅助车联网传输优化方法，具体包括以下步骤：

(1)构建基于缓存的无人机中继辅助车联网通信系统，所述系统由卫星、地面车辆、单天线无人机和路边包含多天线的基站组成；

(2)构建以最大化地面车辆最小可达到速率和为目标的优化函数：

(3)分别固定无人机轨迹变量与调度变量，将步骤(2)中的优化问题分解转化为两个子问题；

(4)采用一个两层的迭代算法迭代无人机轨迹与资源分配策略，直到步骤(2)中的优化问题收敛到预先设定的精度。

进一步地，步骤(2)所述的优化函数为：

约束条件为：