[发明专利]基于空闲无人机替换的无人机能量补给调度方法

说明书

本发明提出了一种基于空闲无人机替换的无人机能量补给调度方法，主要解决现有无人机网络不能为指定区域持续提供服务和无人机之间相互影响的问题。其实现步骤是：1)初始化无人机网络；2)节点根据Max RSRP准则确定关联无人机；3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合；4)确定每个时间片t的召回无人机集合；5)根据每个时间片t的召回无人机集合，在指定区域进行无人机能量补给，如果当前时间片序号t大于无人机系统为指定区域提供服务的总时间片数目M，则无人机系统停止对指定区域的服务，否则，返回3)。本发明避免了无人机之间的影响，保障了节点服务质量，减少了系统能量消耗，可用于无人机网络为指定区域提供持续的服务。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种无人机能量补给调度方法，可用于无人机网络为指定区域提供持续服务的场景。

背景技术

近年来，无人机因其较高的移动性，部署的灵活性和较低的部署成本等优点，广泛应用于军事、公用和民用领域。在无人机的众多应用中，无人机协助实现高速无线通信无疑是一个关键应用。

无人机作为空中基站，可以提供无处不在的覆盖，满足无线用户的覆盖率和速率要求，但同时也带来了挑战。目前，无人机采用电池或者燃料提供能量，无人机的尺寸和重量限制了其单次只能携带一定数目的能量，这进一步限制它们的通信、计算和移动能力，使其只能维持一定时间的服务。随着能量耗尽的无人机数目的持续增加，无人机网络将不能继续为覆盖区域提供服务，会造成明显的链路中断。

很多专家学者研究无人机的3维节能部署方案，求解能耗最小的无人机的3维位置，减少由于不合理的部署而浪费的能量，但是该类方案只能延长无人机的单次飞行时间，并且延长的时间有限，不能从根本解决无人机有限能量的问题。于是，有些专家学者改进无人机的能量提供方式，采用新型能源，如太阳能等，为无人机提供能量，该方案严重依赖于环境，所获得的能量具有不可控性。因此，Trotta A,Di Felice M,Chowdhury K R,etal.Fly and Recharge:Achieving Persistent Coverage using Small Unmanned AerialVehicles(S无人机s)[C].2017IEEE International Conference on Communications(ICC),2017:1-7提出了无人机的补给能量调度方案，考虑了邻居无人机的剩余能量和无人机的历史召回信息，参考劳动力分工模型，定义了无人机返回能量补给中心的概率。当召回概率超过指定门限值，无人机返回补给中心，由空闲无人机为地面节点提供服务，保障节点的服务质量。该算法中每个无人机仅根据局部信息，独立计算召回概率，并且，按照无人机本身最优的召回时刻召回，不能避免对其他无人机的影响，延长系统生存时间有限，同时，可能增加系统的补给能量次数，增加系统能耗。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于空闲无人机替换的无人机能量补给调度方案，以避免无人机的相互影响，延长网络的生存时间，减少系统能量消耗，实现无人机网络为指定区域提供持续服务。

本发明的技术思路是：通过无人机有序返回能量补给中心，避免系统中出现能量耗尽的无人机，延长系统的生存时间；通过采用提前最少时间片数目原则调整无人机的召回时刻，有效限制同一时间返回补给中心的无人机数目，避免无人机之间的影响，减少系统能耗；通过采用空闲无人机替换召回无人机，为节点继续提供服务，保障节点QoS。

根据上述思路，本发明的实现步骤包括如下：

(1)初始化无人机网络：