[发明专利]一种面向集群内通信的U2U分布式动态资源分配方法

权利要求书

1.一种面向集群内通信的U2U分布式动态资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建IaS-U2U通信场景模型及通信流程，其中考虑了三个种类的UAV，包括处于集群中心位置的中心UAV，即C-UAV，主动提供U2U通信服务的辅助者UAV，即H-UAV和需要U2U服务的请求者UAV，即R-UAV；

S2：构造IaS-U2U通信的目标函数，得到IaS-U2U通信的多目标优化问题；

S3：对多目标优化问题进行分解，由H-UAV和R-UAV采用经典GS算法进行UAV匹配过程，完成UAV配对；

S4：根据UAV配对结果，采用SPO算法完成对R-UAV的位置优化，完成对多目标优化问题的求解；

S5：根据求解结果，完成U2U分布式动态资源的分配。

2.根据权利要求1所述的一种面向集群内通信的U2U分布式动态资源分配方法，其特征在于，在所述步骤S1的IaS-U2U通信场景模型中，所述的C-UAV始终处于半径为r_sw的圆形集群区域中心，用于协调和管控集群内部其余UAV的移动；其余UAV在初始时随机分布在集群范围内，各个UAV之间间距不少于预设的保护距离考虑到航空场景下的一般情况，假设UAV集群工作在OOC状态下，但在必要时，C-UAV可接入卫星获取航路规划信息；在此场景下，R-UAV需要获得来自H-UAV缓存空间的数据包，为了获得更好的传输条件，需要完成在集群内所处相对位置和移动轨迹的优化；

假定各集群之间距离较远，因而集群之间的干扰较小，可以忽略；在同一个集群内部的UAV则复用同一个频段，相互存在干扰；此外，由于集群内各UAV之间的距离较近，假定R-UAV均可在一个时隙δ_intra内完成位置的移动；假定该UAV集群中共有M个H-UAV和N个R-UAV，其序号分别构成集合Μ＝{1,2,...,m,...,M}和Ν＝{1,2,...,n,...,N}；此外，令w_i＝[x_i,y_i]^T表示UAVi相对于C-UAV的坐标向量，并令W_H-UAV＝[w_m]_m∈M和W_R-UAV＝[w_n]_n∈N分别表示H-UAV和R-UAV的坐标向量构成的矩阵；假设集群内部所有H-UAV和R-UAV均可根据既定的航行路线或C-UAV的临时通知消息获取δ_intra时隙结束后C-UAV的绝对坐标则任意UAV i可根据其在本集群内的相对坐标w_i来计算对应的绝对坐标即有：假设集群内部的所有UAV均处于同一飞行高度，则对于且i≠j，d_i,j＝||w_i-w_j||表示UAV i到UAVj的距离，其中||·||为取二范数操作符；

在IaS-U2U通信场景下，假设各UAV间均为LOS信道，且多普勒频移能够被精确估计，多普勒造成的影响也能够被完全抵消；因此，本模型的信道模型采用自由空间路损模型，则H-UAVm和R-UAVn在时隙δ_intra内的信道增益表示为：

其中，β和α分别表示信道系数和路损指数；此外，旋翼UAV相比固定翼UAV灵活性更高，因此以旋翼UAV的推进功率模型进行优化，旋翼UAV的推进功率P_p是关于UAV的速度大小V的函数，记作：

其中：P_bla表示叶片功率；U_tip表示叶尖转速；d_rat表示机身阻力比；ρ表示空气密度；s_rot表示转子体积；A表示转子盘面积；P_ind表示诱导功率；v_rot表示平均转子诱导速度；其中，旋翼UAV的推进功率由三部分组成：叶片功率、诱导功率和寄生功率；叶片功率和诱导功率需要克服叶片阻力和机身阻力，分别与速度V的二次方和三次方成正比；诱导功率是克服叶片诱导阻力所需的功率，该阻力随速度V增大而减小；因此，旋翼UAV的推进功率呈现出先随速度V增大而减小，再随速度V增大而增大的特点，旋翼UAV存在着一个使得推进功率最小的速度值，记为V_MP；由于单架UAV的推进功率通常在百瓦数量级，则在IaS-U2U通信场景模型中，假设发射功率远远小于推进功率。