[发明专利]一种空地协同的自组织网络数据传输方法

说明书

本发明公开了一种空地协同的自组织网络数据传输方法，包括：构建有无人机辅助的地面自组织网络数据传输系统模型；以最小化数据包的最大端到端时延为优化目标，构建有关无人机航迹和地面节点接入的联合优化问题；构建无人机辅助地面自组织网络传输数据包的系统MDP模型；采用深度强化学习算法对联合优化问题进行求解，并将求解结果应用于空地协同的自组织网络数据传输，降低数据包的端到端时延。本发明采用深度强化学习算法求解无人机航迹和地面节点接入的联合优化问题，可以实现快速在线决策，使得数据包在更好的视距链路中灵活传输，提升自组织网络的传输性能并扩大自组织网络的应用范围。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种应用深度强化学习实现空地协同的自组织网络数据传输方法。

背景技术

自组织网络是一个无线节点的集合，网络中节点间的通信可以不依赖任何预先存在的基础路由设施，而是可以直接通信或者依靠其他节点作为中继节点进行通信，其分布式的无线和自配置特性让它得到广泛的应用。然而，当多个节点同时向一个中继节点传输数据包时，会导致中继节点过载。这是由于节点传输速率有限、数据包数量多，使得系统的传输时延增加。

无人机辅助通信具有高移动性、快速灵活部署、低成本及视距链路通信的特性，它可以用作空中物联网用户收集信息、不受地理限制成为空中基站，以及在没有可靠的直接通信链路的用户之间充当移动中继设备。相比于陆地基站通信和高空平台通信，按需分配的无人机通信系统能更快部署、更加灵活，并且由于短程视距链路的出现，还可能带来更好的通信信道。

专利申请公开号CN113193906A，基于无人机模式转换的空地融合通信方法，通过依据无线通信环境动态地选择无人机工作模式，可以在避免无人机频繁巡航所产生大量机械能耗的同时，在一定程度上改善信号传输质量，在信息传输吞吐量和能量消耗之间取得最优折中，有效提升无人机通信链路的经济效率；专利申请公开号CN111800185A提出了一种无人机辅助通信中的分布式空地联合部署方法，该算法收敛于最优的联盟结构。

为了解决地面节点拥堵的问题，可以采用无人机作为空中中继节点对自组织网络中的数据包进行中继传输。然而无人机的高机动性与地面自组织网络中数据包传输导致的动态环境使得需要无人机辅助传输的节点动态变化，动态变化的环境又会使得选择数据包的传输路径变得困难，且无人机的航迹规划问题与地面节点接入规划问题紧密耦合，使得最优的无人机辅助地面自组织网络的决策方案难以求解。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种基于深度强化学习的空地协同的自组织网络数据传输方法，可以根据数据传输的情况，快速在线优化无人机与地面节点间的通信，从而缓解自组织网络中的数据包拥堵问题，提升自组织网络的传输性能，并降低数据包的端到端时延，扩大自组织网络的应用范围。本发明的具体技术方案如下：

一种空地协同的自组织网络数据传输方法，包括以下步骤：

S1：建立无人机辅助地面自组织网络传输数据包的系统模型；具体过程为：

S1-1：构建无人机辅助地面自组织网络传输数据包的基本场景模型，并进行模型简化；

S1-2：补充信道模型，包括地-地信道模型和空-地信道模型，设自组织网络间的通信和与无人机的通信均采用正交信道，因此不存在信道间干扰；

S2：以最小化数据包的最大端到端时延为优化目标，构建有关无人机航迹和地面节点接入的联合优化问题；

S3：构建无人机辅助地面自组织网络传输数据包的系统MDP模型；

S4：基于步骤S3的模型，采用深度强化学习算法对联合优化问题进行求解；

S5：将步骤S4的结果应用于空地协同的自组织网络数据传输。

进一步地，所述步骤S1-1包括以下步骤：