[发明专利]一种异构需求下的空地协同分层部署模型及其接入方法

说明书

本发明公开了一种异构需求下的空地协同分层部署模型及其接入方法。具体而言：在空地融合网络中，构建了一个空地分层博弈模型。无人机群根据地面用户的异构需求分布，调整其三维位置达到覆盖效果最优；地面用户根据无人机群所部署的位置选择接入哪架无人机以获得更高的服务满意度；循环交替迭代无人机位置部署和用户的接入无人机选择，直至无人机群位置和地面用户的接入点均收敛至最优解。本发明方法完备，物理意义清晰，能够很好地应用于无人机辅助地面通信网络中。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种异构需求下的空地协同分层部署接入方法。

背景技术

随着移动用户需求的逐渐增长，第五代(5G)无线接入网有望提供无处不在的、可持续的高数据率通信服务。传统的无线通信系统主要由地面基站、接入点和中继等固定的地面基础设施组成。但是，地面基站的部署是静态的，有时可能限制它们应付某些情况的能力。现有文献对无人机通信增强有了广泛的研究，其中大多数以优化吞吐量为中心。(参考文献：Jiang B,Yang J,Xu H,et al.Multimedia Data Throughput Maximization inInternet-of-Things System Based on Optimization of Cache-Enabled UAV[J].IEEEInternet of Things Journal,2019,6(2):3525-3532.)。考虑到用户的个性化需求，我们可以探索增益的另一个维度，即用户需求满意度增益。用户需求满意度是建立在不同吞吐量需求的基础上的。根据请求数据类型和用户首选项的不同，在相同的吞吐量下，用户可能获得不同的满意程度。与现有的以用户吞吐量为中心的优化方法相比，如果我们能够将不同的用户需求与异构无线网络的带宽资源进行适当匹配，则存在潜在的性能增益(参考文献：Du Z,Wu Q,Yang P,et al.Exploiting User Demand Diversity in HeterogeneousWireless Networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2015,14(8):4142-4155.)

然而，上述提到的研究中都没有将异构需求满意度用于无人机辅助通信网络中，而在实际的无人机通信场景中，地面用户的个性化需求是一个不容忽视的因素。此外，多无人机之间因位置变动产生的耦合问题也没有得到解决。因此，联合优化无人机群的位置部署和地面用户的无人机接入选择以实现地面用户满意度最大化非常符合现实意义。

发明内容

本发明的目的在于构建一种更加符合实际的无人机通信网络场景中的覆盖部署模型，以及提供一种异构需求下的空地协同分层部署接入方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种异构需求下的空地协同分层部署接入方法。在空地融合网络中，构建了一个空地分层博弈模型。无人机群根据地面用户的异构需求分布，调整其三维位置达到覆盖效果最优；地面用户根据无人机群所部署的位置选择接入哪架无人机以获得更高的服务满意度；循环交替迭代无人机位置部署和用户的接入无人机选择，直至无人机群位置和地面用户的接入点均收敛至最优解。

一种异构需求下的空地协同分层部署接入方法，包括以下步骤：

步骤1，将空地协同传输问题，建模为斯坦伯格博弈模型，博弈的参与者是无人机群和地面用户；

步骤2，固定无人机群位置以一定功率进行空地通信，地面用户根据无人机群的覆盖位置，主动选择接入哪架无人机，计算在当前无人机群位置下的用户自身需求满意度，并将此时的接入无人机选择，作为最优接入策略集；

步骤3，无人机群内各无人机根据感知到的用户接入策略集，调整各自的三维位置，计算在当前用户接入策略下的无人机效用值，使其最大，此时对应的无人机三维位置为当前无人机的最优位置；