[发明专利]一种无人机协同的数能一体化网络的优化方法

说明书

本发明提供一种无人机协同的数能一体化网络的优化方法，包括用户区域划分、无人机悬停点求解、无人机飞行轨迹设计和优化下行链路的吞吐量与收割能量。本发明考虑了用户电池容量、最小吞吐率和无人机飞行限制的情况，更贴近实际约束，并联合优化了用户的信息与能量接收，在提高下行链路吞吐率的同时，还兼顾了用户设备收割的能量。

技术领域

本发明涉及一种移动通信方法，尤其是涉及一种无人机协同的数能一体化网络的优化方法。

背景技术

随着通信场景变得越来越复杂，传统的固定基站将不再适应各种场景复杂的通信系统，而无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)因有着体积小、低功耗、便捷以及强大的战场生存能力的优点，成为了近期研究主题的热潮。无人机协同的通信网络系统，也给基站所不能覆盖的通信场景提供了一种很好的解决办法。

能量收集(Energy Harvesting，EH)技术因其能为无线传感网络等能量受限网络提供稳定的能量并延长网络生命周期而具有大好发展前景。能量收集技术的能量来源不仅包括周围环境的大多数自然能源，如太阳能、光能、风能、热能、化学能等，还可以将接收的周围无线信号转化成一种电能，如人工获取的射频(Radio Frequency，RF)信号。而基于RF信号的能量收集因其可以不受天气环境影响并提供稳定能量成为研究热点。

随着无线技术的快速发展和移动设备的数量急剧增加，像手机和可穿戴的小型设备等用户设备(User Equipments，UEs)产生了巨大的数据量，如何为这些设备功能，提高便携性成为了一个具有挑战性的问题。无线能量传输(Wireless Energy Transfer，WET)技术可以收集外在RF信号并通过电路设计将其转化为直流(Direct Current，DC)电路用于无线信息传输(Wireless Information Transfer，WIT)，从而处理一些能量受限和不稳定网络的能量瓶颈问题。数能一体化通信网络(Data and energy integrated communicationnetworks，DEINs)是一种能实现数据与能量协作传输的新型网络。在数能一体化网络中，能量和数据可以同时传输，可以通过传输能量信号为能量受限设备提供能量进行信息传输，延长网络寿命，同时也不影响信息的传输。

在目前的研究当中，大多数研究仅仅考虑了无人机协同的WIT，即优化轨迹的同时优化信息接收，或者仅考虑无人机协同的WET；在对于无人机协同的无线数能同传(Simultaneous wireless information and power transfer，SWIPT)的研究中，部分考虑了近似算法求解无人机轨迹，进而调整功率，满足能量的前提下，优化吞吐率方案；部分研究仅考虑了一个用户，无人机及充电源的方案，等等。

对于用户区域划分上，许多研究也仅用最简单阈值距离来划分区域，这样很可能导致划分不均以及遗漏个别用户；无人机轨迹的近似算法也有可能得不到最优解；并且单独的考虑优化WET与WIT也会使性能不能最大化，从而得不到最优方案。

发明内容

本发明提供了一种无人机协同的数能一体化网络的优化方法，解决现有技术中对无人机协同的数能一体化网络研究中用户区域划分不当、无人机轨迹优化，并且未联合优化无线信息传输与无线能量传输的问题，其技术方案如下所述：

一种无人机协同的数能一体化网络的优化方法，包括用户区域划分、无人机悬停点求解、无人机飞行轨迹设计和优化下行链路的吞吐量与收割能量四部分处理阶段，通过以下步骤实现：

S1、确定网络系统模型，设定模型由一个无人机、一个无人机充能点和多个距离不同的用户设备组成，定义用户设备的信息接收策略，以及定义无人机能耗模型；

S2、根据网络系统模型，求每个用户设备的接收功率、收割能量功率和下行吞吐率；

S3、将用户设备根据聚类算法划分为多个区域，得到每个区域无人机最佳悬停位置；