[发明专利]一种基于无人机中继的小区间业务卸载方法及系统

权利要求书

1.一种基于无人机中继的小区间业务卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建包含小区Cell-1，小区Cell-2，1个通信用无人机的小区通信网络模型，Cell-1中有M个用户，Cell-2中有K个用户，基站BS1和BS2分别位于两个小区Cell-1和小区Cell-2内，构建小区通信网络模型具体为：

S101、构建一个三维直角坐标系，将Cell-1小区中的基站BS1设为坐标系原点，x、y轴为水平方向，z轴为垂直高度，Cell-1中的用户数高于BS1的负载，Cell-2中的用户数低于BS2的负载；

S102、基站天线高为H，基站BS1的信号源的位置为(0,0,H)，基站BS2的信号源位置为(2R,0,H)，设置用户m的位置在地面上为(x_m,y_m,0)，无人机的位置为(x,y,z)；

S2、基于通信节点之间的网络模型构建通信节点之间信息传输机制，通信节点之间信息传输机制具体为：

采用单信道时分系统，BS1服务Cell-1中接入BS1的用户，所有用户时分BS1发送信道的占时为BS2服务Cell-2中的所有用户，Cell-2中各用户占时为无人机服务Cell-1中部分用户对应时隙占时部分用户为用户分配方案中接入无人机的所有用户，则无人机服务Cell-1的用户时隙为

S3、基于步骤S1构建的通信网络模型与步骤S2构建的信息传输机制，确立基站、无人机以及用户之间的传输速率，基站BS1到Cell-1用户i的传输速率基站BS2到Cell-2用户j的传输速率无人机到Cell-1用户的链路的信道容量为基站BS2对无人机发送数据时的信道容量为表示从基站BS1到Cell-1和Cell-2中用户以及无人机的信道功率增益，表示从基站BS2到Cell-1和Cell-2中用户以及无人机的信道功率增益，表示从UAV到Cell-1和Cell-2中用户的信道功率增益，P_BS1、P_BS2表示两个基站的发射功率，P_UAV表示无人机的发射功率，σ²表示噪声功率；

S4、基于通信节点间的信道容量建立约束机制；

S5、根据步骤S4建立的约束机制构建全部用户传输速率均衡的优化目标与约束条件，确定优化问题；

S6、基于步骤S3确定的基站、无人机以及用户之间的传输速率以及步骤S5构建的优化目标与约束条件，采用分支定界算法求解步骤S5的优化问题，求解公平原则下的用户分配方案，在保证用户公平的条件下完成业务卸载。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，约束机制具体为：

其中，定义为用户分配方案，表示第i个用户被关联到基站BS1，表示第i个用户被关联到无人机；表示第i个用户被关联到无人机，表示第i个用户被关联到BS1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，无人机到Cell-1用户的链路的信道容量与基站BS2对无人机发送数据时的信道容量的关系如下

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，优化问题具体为：

其中，定义为用户分配方案，表示第i个用户被关联到基站BS1，表示第i个用户被关联到无人机；表示第i个用户被关联到无人机，表示第i个用户被关联到BS1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中，基于优化目标与约束条件，对目标函数采用对数求和的方式求解优化问题。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6完成后，根据步骤S1建立的小区通信网络模型，采用遗传算法优化无人机的空间位置，协调各个信道功率增益。

7.一种基于无人机中继的小区间业务卸载系统，其特征在于，包括：

网络模块，构建包含小区Cell-1，小区Cell-2，1个通信用无人机的小区通信网络模型，Cell-1中有M个用户，Cell-2中有K个用户，基站BS1和BS2分别位于两个小区Cell-1和小区Cell-2内，构建小区通信网络模型具体为：

构建一个三维直角坐标系，将Cell-1小区中的基站BS1设为坐标系原点，x、y轴为水平方向，z轴为垂直高度，Cell-1中的用户数高于BS1的负载，Cell-2中的用户数低于BS2的负载；基站天线高为H，基站BS1的信号源的位置为(0,0,H)，基站BS2的信号源位置为(2R,0,H)，设置用户m的位置在地面上为(x_m,y_m,0)，无人机的位置为(x,y,z)；

节点模块，基于通信节点之间的网络模型构建通信节点之间信息传输机制，传输机制具体为：

采用单信道时分系统，BS1服务Cell-1中接入BS1的用户，所有用户时分BS1发送信道的占时为BS2服务Cell-2中的所有用户，Cell-2中各用户占时为无人机服务Cell-1中部分用户对应时隙占时部分用户为用户分配方案中接入无人机的所有用户，则无人机服务Cell-1的用户时隙为

传输模块，基于网络模块构建的通信网络模型与节点模块构建的信息传输机制，确立基站、无人机以及用户之间的传输速率；

基站BS1到Cell-1用户i的传输速率基站BS2到Cell-2用户j的传输速率无人机到Cell-1用户的链路的信道容量为基站BS2对无人机发送数据时的信道容量为表示从基站BS1到Cell-1和Cell-2中用户以及无人机的信道功率增益，表示从基站BS2到Cell-1和Cell-2中用户以及无人机的信道功率增益，表示从UAV到Cell-1和Cell-2中用户的信道功率增益，P_BS1、P_BS2表示两个基站的发射功率，P_UAV表示无人机的发射功率，σ²表示噪声功率；

约束模块，基于通信节点间的信道容量建立约束机制，优化模块，根据约束模块建立的约束机制构建全部用户传输速率均衡的优化目标与约束条件，确定优化问题；

分配模块，基于传输模块确定的基站、无人机以及用户之间的传输速率以及优化模块构建的优化目标与约束条件，采用分支定界算法求解优化模块的优化问题，求解公平原则下的用户分配方案，在保证用户公平的条件下完成业务卸载。