[发明专利]一种基于用户轨迹预测的无人机基站动态部署方法

说明书

本发明公开了一种基于用户轨迹预测的无人机基站动态部署方法，属于通信技术领域。本发明方法提供一种新的用户轨迹预测方法，将轨迹相似的用户划分为一个群组，共用一个轨迹预测模型，利用改进的最长公共子向量衡量两两用户间的轨迹相似性，将轨迹相似度达到设定阈值时归为一组；将预测的下一时隙的多用户位置同步给无人机，无人机进一步根据用户位置进行基站动态部署，以达到下行链路信道传输总速率最大。本发明实现了无人机快速部署，避免了计算量大且耗时长的信道状态的估计与计算，且能够在用户移动条件下，快速动态调整位置，实现更优的下行数据服务，实现在用户移动条件下的无人机基站实时部署，更满足实际需求。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于用户轨迹预测的无人机基站动态部署方法。

背景技术

在互联网不断兴起的信息化时代，通信量呈爆炸式增长，丰富的多媒体业务向移动通信网络提出了更高的要求，需要更广的覆盖范围以及更可靠的服务质量。此外，受到人们日常生活的影响，移动网络的流量需求呈现出明显的时空不均匀特性，不同地区、不同时段对移动网络流量的需求有巨大差异。移动网络流量的急剧增长及流量需求时空不均匀特性给未来通信网络基站的部署造成了严峻的挑战。

现有的解决方案有异构网络(Heterogeneous Network,HetNet)与基站休眠相结合。在宏基站的基础上按需部署微基站，拉近与用户距离，提高频谱效率与吞吐量，减缓热点地区流量拥塞的问题，但其本质仍是依据该地区流量峰值进行的静态部署，在流量需求较小的时间段，会造成严重资源浪费；引入基站休眠技术后，根据流量需求于时间上的变化选择休眠或者唤醒基站，虽减少一定的运营支出，但是部署及维护成本依旧十分巨大。

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)具有灵活性强，部署便利，开支较低和视距通信等优势，其搭载基站进行辅助通信为建立新的移动网络提供了可能性，也为解决上述问题提供了一种新思路。但是多无人机服务多用户情况下的无人机部署是一个非凸且NP困难问题，传统通信方法难以解决，与此同时，由于用户处于不断移动当中，静止的无人机基站部署难以提供更好的服务，针对其移动情况，实时调整无人机基站位置，进行无人机基站的动态部署为较优的解决方法，但其具有一定的挑战性。

现有多无人机基站动态部署方法多数未考虑实际情况，将用户移动利用数学进行建模，未采用真实数据。而少数利用实际移动数据的部署方法，忽视了用户位置信息同步到无人机的滞后性，造成求解得出的部署方案并非为当下最优解。为解决该问题，有人提出对用户轨迹进行预测，利用预测得到的用户位置再进行基站位置的调整。但该方法采用的是单用户预测，为每个用户训练存储一个预测模型，工作量大，现实中部署不切实际。

发明内容

针对上述问题，为满足流量时空分布不均匀条件下的用户需求，本发明提供了一种基于用户轨迹预测的无人机基站的部署方法，根据用户位置进行基站的动态部署，以达到约束条件下最大下行传输速率。同时，本发明考虑到用户的移动性以及用户位置信息同步到无人机的滞后性，提供一种新的用户轨迹预测方法，基于预测位置先一步进行基站位置计算，以实现对用户移动条件下的无人机基站实时部署，更满足实际需求。

本发明的一种基于用户轨迹预测的无人机基站动态部署方法，利用对用户轨迹的预测预先得知下一时隙用户位置分布，在此分布基础上计算无人机基站在下一时隙部署的最优位置。具体地，所述方法包括以下步骤：

S1：构建系统模型，利用无人机搭载基站为移动用户提供下行服务。

S2：预先训练用户轨迹预测模型，当用户进入无人机基站网络服务范围内触发轨迹预测算法，预测用户下一时隙位置。

用户轨迹预测模型预先训练存储，当调用时，直接利用用户所对应群组的轨迹预测模型进行下一时隙的位置预测。