[发明专利]一种面向集群间通信的U2U集中式动态资源分配方法

权利要求书

1.一种面向集群间通信的U2U集中式动态资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建IrS-U2U通信场景模型及通信流程；

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

S3：对多目标优化问题进行转化并采用初始解生成算法，即ISG算法生成转化后优化问题的起始点；

S4：根据起始点，采用SCA算法对转化后优化问题分阶段迭代进行求解，根据求解结果实现IrS-U2U的航线优化，完成U2U集中式动态资源的分配。

2.根据权利要求1所述的一种面向集群间通信的U2U集中式动态资源分配方法，其特征在于，在所述步骤S1中的IrS-U2U通信场景模型中考虑了两个种类的集群，包括发送数据包的发射集群TS和接收数据包的接收集群RS；同一集群内部，分为处于集群中心位置的中心UAV，即C-UAV和常规UAV，即G-UAV；同时，本模型假设以下条件：

·不同集群的分布稀疏，集群TS和RS之间的距离远大于集群半径，因此不考虑集群之间的干扰；

·航线优化前，集群间距离较远，因而U2U通信链路质量较差，G-UAV难以直接进行U2U发现过程和U2U通信过程；

·UAV通信能力强于G-UAV，具有卫星通信等辅助手段，且位于集群中心，可征集本集群内G-UAV的U2U通信请求，负责U2U发现过程，并与集群外的节点进行信令交互；

·RS中的G-UAV，即RS-G-UAV出于某些目的需要获取来自集群外部的数据包，而TS中的G-UAV，即TS-G-UAV的缓存空间中存储着RS-G-UAV所需类型的数据包；

·若不同集群的G-UAV的业务数据都经由各集群的C-UAV中转，则容易导致C-UAV的过载，因此，在IrS-U2U通信过程要求在航线优化成功后，由配对成功的TS-G-UAV和RS-G-UAV直接完成业务数据的传输；

·集群内部各UAV之间的相对位置保持不变，C-UAV总是位于集群的中心；

·在每个时隙内，TS和RS各仅有一架G-UAV参与U2U传输，各时隙的发射功率均相等，记为P_tx；当实施IrS-U2U通信时，不考虑来自其余G-UAV的干扰；

因此，将所述的IrS-U2U通信场景，即分属两个集群的G-UAV之间的U2U通信，近似等效于C-UAV之间的点对点通信场景；

定义集合S＝{TS,RS}，并定义表示集群s中所有类型的UAV的数量；将整个飞行过程划分成T个长度为的时隙，用T条线段来近似表示集群的航线；其中，时隙的上标t构成了时隙序号的集合T＝{1,2,...,t,...,T}，而整个飞行过程的飞行时间为：此外，令表示第1个时隙开始时集群s的中心坐标向量，表示第t个时隙结束时集群s的中心坐标向量，并假设TS和RS中的所有UAV均处于同一高度，其中

接着，进一步定义其中因此，用{W_TS,Λ}和{W_RS,Λ}分别表示集群TS和集群RS优化后的航线；其中，定义的集群航线即集群中所有类型的UAV的共同航线；

在IrS-U2U通信场景模型中，TS和RS执行特定的任务，事先规划了从各自的出发地到达各自的目的地的航线即和分别表示TS和RS优化前的航线；在此过程中，基于某些需求，需要在飞行期间完成集群间的U2U通信；为此，集群需要临时调整局部的航线，获得IrS-U2U通信性能的提升；

在IrS-U2U通信场景下，假设UAV间的通信链路均为LOS信道，且多普勒效应造成的影响能够被完全抵消；因此，IrS-U2U通信信道模型采用自由空间路损模型；在IrS-U2U通信场景下，定义表示第t个时隙结束时，集群i的中心到集群j的中心的距离，其中i,j∈S，||·||为取二范数操作符；此时，在第t个时隙时，集群i到集群j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，因此采用以旋翼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；由于单架UAV的推进功率通常在百瓦数量级，即假设发射功率远远小于推进功率。