[发明专利]一种多无人机辅助物联网通信方法及其系统

说明书

本发明实施例提供的一种多无人机辅助物联网通信方法及其系统，该方法包括：以每个基站为中心构建物联网通信系统，该物联网通信系统包括多个IoT设备、一个地面基站以及多个无人机节点；对物联网通信系统基于实现URLLC通信的最小系统能量问题进行建模，建立URLLC通信的总能耗函数；采用IoT设备调度选择优化算法和无人机部署位置优化算法相互交替迭代对总能耗函数进行最优解的求取；基于最优解，对物联网通信系统进行资源分配。本发明实施例提供的多无人机辅助物联网通信方法及其系统，利用无人机辅助地面基站为地面IoT设备提供符合时延和可靠性要求的服务，解决了IoT设备的电池寿命、通信时延和可靠性问题。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多无人机辅助物联网通信方法。

背景技术

大规模5G商业部署正在紧锣密鼓地进行中，5G不仅研究诸如增强移动宽带(eMBB)之类的人与人之间的通信，还研究物与物之间的通信。超可靠和低延迟通信(URLLC)作为5G的三项关键服务之一，被广泛应用于物联网(IoT)场景，尤其是任务关键型应用，例如工业制造和控制，自动驾驶汽车、远程手术和智慧交通等。以现代自动化工业为例，必须在延迟和可靠性的极端要求下传输工业控制信息和警报信号。相比之前的蜂窝移动通信技术， 5GURLLC在时延和可靠性方面有了极大程度的提升，要求实现基站和终端间上下行均为0.5ms的用户面时延。该用户面时延是指：成功传送应用层IP 数据包/消息所花费的时间，具体是从发送方5G无线协议层入口点，经由5G 无线传输，到接收方5G无线协议层出口点的时间。

基于URLLC对时延和可靠性的严格要求，工业界和学术界进行了诸多努力。尤其是考虑到URLLC对低时延的通信需求，短传输时间间隔(TTI)、免授权上行接入、eMBB/URLLC复用、快速自动请求重传(HARQ和快速动态调度被进行了广泛地研究。其中，包括通过有限块长编码、免授权的非正交多址接入(NOMA)和抢占eMBB传输来减少链路时延。随着研究的深入，为了满足URLLC对通信可靠性的需求，采用多连接方案和增大设备的发射功率等方法被提出。但是在工业物联网、远程物联网等应用场景中，考虑到地面，地面终端设备的电池容量有限，仅通过部署地面基站采用蜂窝网络是很难满足URLLC的通信需求的。

考虑到现有蜂窝网络部署架构的局限性和成本问题，提出使用无人机来辅助IoT网络。无人机具有机动灵活、低成本和按需部署的优势，可以通过部署无人机获得高概率的视距(LoS)链路，通过提高信道质量来满足能量受限的物联网设备进行URLLC通信的需求。通过在被服务区域的上空部署多架无人机可以最大程度的降低物联网设备进行URLLC通信所需的最小发射功率。但目前，通过部署无人机(UAV)来解决URLLC通信中的时延和可靠性问题是存在较少研究，且当前的研究更多的停留子单个UAV作为中继辅助单个用户跨越障碍物的简单场景，但对于复杂的工业环境，使用单架无人机是难以满足整个系统的可靠性和时延需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种多无人机辅助物联网通信方法及其系统，用以解决多无人机辅助能量受限的物联网设备URLLC通信中，无人机的部署位置、轨迹、电池容量，地面IoT设备的上行接入选择和功率控制相比较于单无人机辅助通信场景都有更复杂的要求限制的技术难题；通过对联合设备调度选择、功率控制和无人机部署位置优化的系统总能耗最小化等问题解决，实现物联网应用场景中的超可靠低时延通信。

第一方面，本发明实施例提供一种多无人机辅助物联网通信方法，包括：以每个基站为中心构建物联网通信系统，该物联网通信系统包括多个IoT 设备、一个地面基站以及多个无人机节点；对物联网通信系统基于实现 URLLC通信的最小系统能量问题进行建模，建立URLLC通信的总能耗函数；采用IoT设备调度选择优化算法和无人机部署位置优化算法相互交替迭代对总能耗函数进行最优解的求取；基于最优解，对物联网通信系统进行资源分配。