[发明专利]一种变加速无人机移动中继的通信方法

说明书

本发明公开了一种变加速无人机移动中继的通信方法，具体为：根据无人机移动中继在源节点与目的节点之间的加速飞行模式与信息收发形式，建立无人机移动中继信息的最优收发时间分配函数；根据最优收发时间分配函数将无人机移动中继的最优加速度的求解拆分为两个过程；设定算法分别对上述两个过程求解并得到各过程的最优飞行速度，根据两个最优飞行速度得出无人机中继的最优加速度；无人机中继根据源节点处的初速度和所述最优加速度进行飞行，并且按照所述最优收发时间分配函数进行数据信息的接收和转发。本发明在满足源节点待发送信息能够完全传输至目的地节点的条件下，实现无人机总飞行能耗的最小化，仿真实验验证了所提算法的有效性。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种变加速无人机移动中继的通信方法。

背景技术

近年来，无人机协作通信技术成为了无线通信领域研究的热点。相比于传统的地面通信，无人机协作通信易于实现按需分配，从而具有更高的成本效益；无人机具有高度的移动性，因而部署起来更加灵活快捷；无人机与地面终端的信道链路多为视距链路，能提供更好的信道环境。因此，无人机将在未来的无线通信领域中发挥极为重要的作用，其应用主要包括：(1)作为临时基站；(2)作为移动中继；(3)用于物联网。

目前，大量文献研究了无人机作为移动中继时的无人机中继协作通信系统的信息容量和频谱效率的优化问题。与此同时，无人机具有有限的机载能量，因此节能问题被认为是无人机通信的一个关键问题。当前大部分研究仅考虑匀速或匀加速无人机中继通信，未考虑变加速情况，没有充分考虑无人机移动中继初、末速度及加速度大小的约束，也未能考虑总吞吐量要求(任务量)对无人机中继系统的影响。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种变加速无人机移动中继的通信方法。

本发明是这样实现的，一种变加速无人机移动中继的通信方法，该方法包括以下步骤：

S1、根据无人机移动中继R在源节点S与目的节点D之间的加速飞行模式与信息收发形式，建立无人机移动中继信息的最优收发时间分配函数；

根据最优收发时间分配函数将无人机移动中继R的最优加速度的求解拆分为两个过程：无人机中继从源节点接收至少Q比特数据时的最低能耗以及无人机中继向目的节点发送Q比特数据时的最低能耗；

S2、设定算法分别对上述两个过程求解并得到各过程的最优飞行速度，根据两个最优飞行速度得出无人机中继的最优加速度；

S3、无人机中继根据源节点处的初速度和所述最优加速度进行飞行，并且按照所述最优收发时间分配函数进行数据信息的接收和转发。

优选地，在步骤S1中，所述加速飞行模式为：固定高度位置下，无人机移动中继从源节点正上方以初速度从源节点出发，以先加速、后减速的方式直线飞行，并到达目的节点正上方停止。

优选地，在步骤S1中，所述信息收发形式为：所述无人机移动中继采用时分双工模式以及解码转发中继协议，且所述无人机移动中继从源节点飞至目的节点的过程中，源节点通过无人机移动中继将至少Q比特数据发送给目的节点。

优选地，在步骤(1)中，所述最优收发时间分配函数为：

{λ^*(n),n＝1,2,…,N}

式中，将地面节点S到D分为N段(N为偶数)，每一段的距离为其中L为源节点S到目的节点D的距离，则n(n∈{1,2,…,N})表示第n个分段，λ^*(n)有0和1两种取值，当λ^*(n)＝0时，表示第n段仅源节点S向无人机中继R发送数据，当λ^*(n)＝1时，表示第n段仅无人机中继R向目的节点D发送数据。