[发明专利]无人机协同的物联网设备上行链路功率控制方法

说明书

本发明涉及一种无人机协同的物联网设备上行链路功率控制方法。在考虑无人机和设备的能量消耗的前提下，为实现最小化所有设备的平均AoI，提高收集到的数据的计算结果的新鲜度，本发明至少根据无人机与物联网设备之间的信道功率增益、每个设备的数据收集和执行所需的时间、每个悬停点与下一个悬停点之间的无人机飞行时间，并在物联网设备的能量消耗约束下，以及无人机能量消耗约束下，获得使得所有N个物联网设备的平均AoI最低的物联网设备的上行链路功率和由无人机的悬停点构成的无人机轨迹。本发明提高了数据结果的新鲜性，而且在有限的能量范围内达到了节能的效果，在对时间和能耗敏感的物联网系统中效果显著，提高了在实际场景中的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种链路功率控制方法，具体涉及一种无人机协同的物联网设备上行链路功率控制方法。

背景技术

随着5G网络和物联网设备的日益普及，大量有趣实用的应用出现在日常生活中。然而，一些物联网设备的计算能力非常有限。因此，这些设备很难处理它收集到的数据和响应环境。移动边缘计算使计算资源更贴近用户并有可能为物联网设备提供“智能”，物联网设备的部分计算密集型任务可以卸载到附近的边缘计算服务器。然而，在一些农村或者偏远地区，物联网设备距离无线接入点或者边缘云基础设施太远。此外，为这些远程设备安装基础设施的费用也是很高的。无人机由于其灵活性高、成本低、易于部署，在民用环境中得到了广泛的应用，如救援、送货、监控，网络开销和计算延迟可以显著减少。

AoI称为信息年龄，它定义为从生成最新数据以来所经过的时间，是一个重要的指标。由于物联网系统中数据新鲜度的重要性，AoI敏感的无人机辅助的无线网络的设计受到越来越多的关注。然而，在现有的大多数工作中，假设无人机在设备正上方进行数据传输，无人机的水平轨迹一般依次经过每个设备，这可能会影响数据的新鲜度和系统的能耗。此外，以往的许多关于数据新鲜度的研究只考虑了传输延迟，而忽略了数据的处理时间。事实上，数据处理在系统AoI中占很大比例。最后，在无线传感器网络中，上行链路传输功率对数据新鲜度的影响研究较少。

在无线传感器网络中，在考虑无人机和设备的能量消耗的前提下，如何最小化所有设备的平均AoI，提高收集到的数据的计算结果的新鲜度，是本领域亟待解决的难题。

发明内容

为了解决或缓解上述部分或全部技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种无人机协同的物联网设备上行链路功率控制方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤101：无人机获取待收集数据的N个物联网设备(简称设备)的物理位置坐标，并从地面起飞，达到飞行高度H，其中N为正整数；

步骤102：至少根据无人机与物联网设备之间的信道功率增益、每个设备的数据收集和执行所需的时间、每个悬停点与下一个悬停点之间的无人机飞行时间，并在物联网设备的能量消耗约束下，以及无人机能量消耗约束下，获得使得所有N个物联网设备的平均AoI最低的物联网设备的上行链路功率和由无人机的悬停点构成的无人机轨迹；

步骤103：根据获得的由无人机的悬停点构成的无人机轨迹，无人机飞往当前位置对应的下一悬停点；

步骤104：根据获得的物联网设备的上行链路功率，预定的物联网设备根据该上行链路功率与无人机通信；

步骤105：完成通信后，无人机飞往当前位置对应的下一悬停点，并与对应的物联网设备通信；

步骤106：无人机完成全部数据集收集后，返回预定地点。

在某实施例中，所述步骤104还包括：无人机在该悬停点对所述物联网设备进行数据采集和处理。

在某实施例中，所述步骤104还包括：