[发明专利]一种无人机的中继选择方法

说明书

本发明请求保护一种无人机的中继选择方法，属于无人机通信领域。具体包括：利用卫星定位系统获取用户与基站的位置集合；根据任务传输路径和计算位置定义三种传输模式，构建网络寿命模型；固定任务传输功率和传输模式，将寿命问题转换为位置优化问题并采用凸优化方法求解；固定无人机位置和传输模式，将寿命问题转换为功率优化问题，针对问题非凸性采用一阶泰勒展开式进行凸近似逼近并求解；固定无人机位置和传输功率，将寿命问题转换为模式优化问题并采用线性规划方法求解；采用块坐标迭代算法求得最优无人机位置、任务发送功率以及传输模式行任务发送。本发明减少了用户传输的能量损耗，延长网络的总体寿命。

技术领域

本发明属于无人机通信领域，特别涉及一种无人机中继选择方法。

背景技术

无人机自身携带信息处理单元和任务处理器，利用无人机作为中继传输平台能够快速、方便地建立起一条高效可靠的通信数据传输链路，因此基于UAV的中继传输技术收到了国内外学者的广泛关注。当前边缘计算和无人机通信技术已经相当成熟，而无人机作为一种边缘服务器来控制信息传输能够有效的提升无人机通信的性能，提高信息传输的准确性和传输速率，因此设计一种无人机中继控制策略是一个必然的发展结果。

无人机自身携带信息处理单元和任务处理器，利用无人机作为中继传输平台能够快速、方便地建立起一条高效可靠的通信数据传输链路，因此基于UAV的中继传输技术收到了国内外学者的广泛关注。其中，有学者提出了一种用于定位无人机的集中式算法，以最大化软件定义的灾区无人机通信网络的吞吐量。软件定义的网络控制器可维护有关网络拓扑以及数据速率要求和流路径的最新信息，所提出的算法利用该信息来确定无人机的位置，从而使总吞吐量最大化。还有学者通过设计无人机轨迹路径来研究一种节能的无人机通信。假设无人机以固定的高度飞行，通过分配了一个二进制决策变量来调度UAV与用户的通信，基于视线和非视线通信链路推导了无人机到用户的通道模型，并共同优化了无人机的航迹，发射功率和速度。也有学者考虑了启用多UAV的无线通信系统，其中使用了多个安装了UAV的空中基站为地面上的一组用户提供服务。为了在用户之间实现公平的性能，通过优化多用户通信的调度和联合无人机的轨迹和功率控制，在下行链路通信中最大化了所有地面用户的最小吞吐量。

但是，目前的研究重点主要集中在中继的最优布置、飞行路径和网络性能优化等问题，对于功率分配算法的研究比较少。无人机由于自身体积限制而能量有限，功率作为无人机通信系统的重要资源，其分配问题将直接影响到拿过来各条链路的性能，通过功率分配算法能实现对功率的优化分配，从而能够有效提升无人机通信系统的性能。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种降低用户能耗，降低任务传输时延，提高信息传输的可靠性和吞吐量。减少用户传输的能量损耗，延长网络的总体寿命的无人机的中继选择方法。本发明的技术方案如下：

一种无人机的中继选择方法，其包括以下步骤：

S1：利用卫星定位系统获取用户与基站的位置集合；

S2：根据任务传输路径和计算位置定义三种传输模式，包括：用户将任务发送给无人机计算，用户将任务发送给无人机并由无人机将任务转发给基站计算，用户将任务发送给基站计算，构建网络寿命模型；

S3：通过分别固定无人机位置、传输功率和传输模式中的两个变量，将网络寿命问题分解为位置优化问题、功率优化问题和模式优化问题，进行相应求解；当固定任务传输功率和传输模式时，将寿命问题转换为位置优化问题并采用凸优化方法求解；

S4：当固定无人机位置和传输模式时，将寿命问题转换为功率优化问题，针对问题非凸性采用一阶泰勒展开式进行凸近似逼近并求解；

S5：当固定无人机位置和传输功率时，将寿命问题转换为模式优化问题并采用线性规划方法求解；

S6：采用块坐标迭代算法求得最优无人机位置、任务发送功率以及传输模式行任务发送。