[发明专利]无人机基站安全能效优化方法和装置

说明书

本发明公开了一种无人机基站安全能效优化方法和装置，方法包括：利用莱斯分布构建无人机基站空地信道增益的第一模型，利用瑞利分布构建无人机基站地面信道增益的第二模型；基于模型确定包含发射功率的安全容量函数以及能够表征无人机轨迹的能量消耗函数；建立以发射功率和轨迹为约束变量的安全能效优化方程；将安全能效优化方程转化为联合连续凸近似函数和/或差分凸函数的凸转换方程，并求解凸转换方程；基于凸转换方程的求解结果，利用迭代算法得到优化后的发射功率和轨迹。通过上述方案，本发明可在较小迭代次数下获得安全能效最大化的全局近似最优解，实现物理层安全和能量消耗的有效折中和优化。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无人机基站安全能效优化方法和装置。

背景技术

无人机通信系统相比于传统的无线通信系统应用前景广阔，但与此同时也带来了巨大的挑战，其面临的最大问题是能量提供受限。无人机的所有能量消耗均依靠其机载电池，而机载电池的容量通常有限，需要无人机定时返回地面。因此，利用无人机进行信息传输通常是不连续的，需要进行多个任务周期提供通信传输服务，极大地限制了无人机单次任务周期内的信息和能量传输。

与此同时，由于无线信道的开放性、不稳定性以及固有的广播特性，使得在利用无线通信进行安全传输通信时，往往会受到十分严重的机密信息泄密威胁，而采用传统的加密方法来确保安全性的方法一方面越来越难以保障其安全性，另一方面现有加密算法也难以实施。

虽然CN112887993 A中公开了一种解决安全性能和能效性能失衡的方案，然而将其应用在城市/郊区现有的自由空间路径损耗的信道模型中时，得到的结果可能是不准确的，因为其忽略了随机阴影和小尺度衰落，没有考虑阴影因素，在城市区域，信号传播会受到障碍物(如建筑物等)的阻碍，对信号传输安全性和无人机能效均产生不利的影响。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无人机基站安全能效优化方法、装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种无人机基站安全能效优化方法，所述方法包括：

利用莱斯分布构建无人机基站空地信道增益的第一模型，并利用瑞利分布构建无人机基站地面信道增益的第二模型；

基于所述第一模型和所述第二模型，分别确定包含发射功率的安全容量函数以及能够表征无人机轨迹的能量消耗函数；

基于所述安全容量函数和所述能量消耗函数，建立以发射功率和轨迹为约束变量的安全能效优化方程；

将所述安全能效优化方程转化为联合连续凸近似函数和/或差分凸函数的凸转换方程，并求解所述凸转换方程；

基于所述凸转换方程的求解结果，利用迭代算法得到优化后的发射功率和轨迹。

可选的，利用莱斯分布构建无人机基站空地信道增益的第一模型，包括：

根据无人机基站与地面源节点之间的距离、衰减指数因子和附加衰减因子，分别得到LoS链路路径损耗增益和NLoS链路路径损耗增益；

根据无人机基站与地面源节点之间的仰角和环境常量，得到无人机基站与地面源节点之间LoS链路可用概率；

根据所述LoS链路路径损耗增益、所述NLoS链路路径损耗增益和LoS链路可用概率，得到空地信道路径损耗；

基于所述空地信道路径损耗和莱斯分布，得到空地信道增益向量的第一模型；

利用瑞利分布构建无人机基站地面信道增益的第二模型，包括：

根据地面源节点与地面窃听节点之间的传输距离和参考距离路径损耗指数，得到地面信道路径损耗；

根据所述地面信道路径损耗、瑞利衰落指数和瑞利分布，得到地面信道增益向量的第二模型。