[发明专利]一种基于层次化分簇的林区无人机网络部署方法与系统

权利要求书

1.一种基于层次化分簇的林区无人机网络部署方法，其特征在于，包括：

获取地面用户集合和无人机集合，确定林区信道模型；

基于所述林区信道模型，确定无人机和地面用户之间的预设连接场景，构建所述无人机集合位置部署目标函数；

采用层次化分簇对所述地面用户集合和所述无人机集合进行分簇，获得地面用户分簇结果和无人机分簇结果；

基于深度强化学习算法，根据所述地面用户分簇结果和所述无人机分簇结果，对所述无人机集合位置部署目标函数中协作多点传输下的用户遍历速率和用户通过基站通行的传输速率进行联合优化，得到无人机集合最优位置部署结果。

2.根据权利要求1所述的基于层次化分簇的林区无人机网络部署方法，其特征在于，所述获取地面用户集合和无人机集合，确定林区信道模型，包括：

在基站缺失场景下，确定所述无人机集合和所述地面用户集合之间的总衰落包括对数距离阴影衰落和额外衰减，得到任一簇中任一无人机和任一地面用户之间的总损耗；

基于所述总损耗确定任一簇中任一无人机通过协作多点传输到任一用户的信道增益矢量和第一用户信噪比，确定所有无人机具有相同的无人机发射功率，获取加性高斯白噪声，根据所述信道增益矢量、所述无人机发射功率和所述加性高斯白噪声，得到所述协作多点传输下的用户遍历速率；

基于第一二元变量确定任一簇中所有无人机是否与所述任一簇中的任一用户建立协作多点传输关系，所述第一二元变量是基于用户连接中断概率和预设概率阈值所得到的，所述用户连接中断概率是基于所述第一用户信噪比、所述无人机发射功率、所述加性高斯白噪声、所述信道增益矢量和预设信噪比阈值所得到的；

在基站通信场景下，确定单基站和地面用户之间的信道衰落，获取基站发射功率，基于所述信道衰落、所述基站发射功率和所述加性高斯白噪声，得到第二用户信噪比；

基于第二二元变量确定所述单基站是否与所述任一簇中的任一用户建立连接关系，所述第二二元变量是基于所述第二用户信噪比和所述预设信噪比阈值所得到的；

基于所述信道衰落、所述基站发射功率和所述加性高斯白噪声，得到所述用户通过基站通行的传输速率；

确定第三二元变量，基于所述第三二元变量确定用户位置是否超出基站服务范围，并通过无人机协作多点传输进行通信。

3.根据权利要求2所述的基于层次化分簇的林区无人机网络部署方法，其特征在于，所述基于所述林区信道模型，确定无人机和地面用户之间的预设连接场景，构建所述无人机集合位置部署目标函数，包括：

确定基站缺失概率，基于所述第一二元变量、所述第二二元变量、所述第三二元变量、所述协作多点传输下的用户遍历速率和所述用户通过基站通行的传输速率，建立所述无人机集合位置部署目标函数，并使所述无人机集合位置部署目标函数同时满足第一约束条件至第六约束条件；

所述第一约束条件至第三约束条件包括每个地面用户仅能和一个无人机簇建立协作多点传输，每个用户仅能选择通过无人机进行协作多点传输或与基站进行传输；

第四约束条件包括所述无人机发射功率不大于无人机发射功率最大值，所述基站发射功率不大于基站发射功率最大值；

第五约束条件包括所述用户连接中断概率小于所述预设概率阈值；

所述第六约束条件包括所述第二用户信噪比大于所述预设信噪比阈值。

4.根据权利要求3所述的基于层次化分簇的林区无人机网络部署方法，其特征在于，所述基于所述预设林区信道模型，确定无人机和地面用户之间的预设连接场景，构建所述无人机集合位置部署目标函数，之后还包括：

确定协作多点传输下的用户遍历速率上边界值和用户遍历速率下边界值；

基于所述无人机发射功率、所述加性高斯白噪声和所述信道增益矢量得到用户遍历速率上边界值函数和用户遍历速率下边界值函数；

基于Jensen不等式获得所述用户遍历速率上边界值函数的凹函数，以及所述用户遍历速率下边界值函数的凸函数；

将所述凹函数和所述凸函数代入所述无人机集合位置部署目标函数，得到转化后的无人机集合位置部署目标函数。