[发明专利]面向数据传输稳定性的无人机群频谱接入方法及系统

说明书

本发明公开了一种面向数据传输稳定性的无人机群频谱接入方法及系统，涉及无人机通信技术领域，该方法包括：构建分布式无人机群通信网络；若当前时隙无人机的信道使用状态为0，则根据该无人机对应的当前时隙信道接入控制参数和下一时隙信道接入控制参数，确定下一时隙该无人机的信道接入概率；若当前时隙无人机的信道使用状态为1，则根据该无人机对应的当前时隙数据传输队列中积压的业务数据包，确定下一时隙该无人机的信道接入概率；若当前时隙无人机的信道使用状态为2，则根据该无人机对应的当前干扰状态信息，确定下一时隙该无人机的信道接入概率；本发明能有效缓解无人机群在各个信道上的用频冲突，提升信道有效利用率和系统吞吐量。

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，特别是涉及一种面向数据传输稳定性的无人机群频谱接入方法及系统。

背景技术

近年来，无人机因其高机动性、低成本等特性引起了业界的高度关注，在侦察监视、辅助通信和信息采集等军事和民用领域得到了广泛应用。随着无线通信技术的蓬勃发展，人们对信息传输速率的需求越来越高，用频设备呈爆炸式增长，可用频谱资源愈发稀缺且呈动态时变特性，因此，如何有效缓解频谱冲突、实现无人机群高效用频是当前面临的关键问题。

由于无人机群所处空间位置以及网络拓扑结构动态变化，无人机群内部信息传输信道特性也呈现动态时变特性，然而传统方法中通常考虑准静态的互扰信道。为快速高效实现无人机群内部用频协同，大多数研究都采用集中式网络架构或通过建立公共控制信道进行信息交互，在一定程度上能够减少无人机群内部用频冲突，例如：一篇文献通过集中控制器对用户频谱接入与切换实现统一管控，研究了数据猝发性和用户移动性条件下的传输队列稳定性问题，提出一种联合信道分配和功率控制的策略，使得系统具有较好的鲁棒性。但该策略没有考虑高度动态变化的无线环境，也未考虑集中控制带来的信令开销。为了克服集中控制存在的不足和控制信道带来的频谱开销，其他文献研究了时变频谱环境中面向干扰抑制的分布式信道选择问题，提出了一种完全分布式的非耦合随机学习算法，该方法虽然可以在时变无线环境下有效减轻用户间互扰，但并未考虑用户用频需求变化以及网络拓扑的时变性带来的影响，同时，该算法收敛速度也较慢。现有技术还研究了在无线环境变化缓慢情况下，采用深度强化学习方法来解决用户间的互扰问题。在用户数量和可用信道数量较少的情况下，所提算法能有效抑制用户间用频冲突，但是在用户数和信道较多情况下，用户间用频冲突缓解效果不佳。另外，现有技术针对信道分配问题给出了基于多臂赌博机的解决方案，但是不适用于业务数据猝发、无人机快速移动和无线通信等捷变的场景。

现实应用中无人机群主要面临以下问题：

(1)无人机群空间位置和网络拓扑结构动态变化，无人机所处无线通信环境具有时变性；(2)无人机群频谱资源受限对通信开销较为敏感，在捷变频谱环境下建立公共控制信道十分困难；(3)受限于无人机数据采集速率的波动性，集群中不同用户的用频需求实时变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向数据传输稳定性的无人机群频谱接入方法及系统，能有效缓解无人机群在各个信道上的用频冲突，提升信道有效利用率和系统吞吐量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种面向数据传输稳定性的无人机群频谱接入方法，包括：

构建分布式无人机群通信网络；所述分布式无人机群通信网络用于为地面用户设备提供中继服务或者收集地面目标信息，并向基站实时传输到达的业务数据包；所述分布式无人机群通信网络包括N架无人机数量、一座基站和M个可用的信道；每个信道的带宽为B、每架无人机的飞行高度为h、第i架无人机在当前时隙n内的发射功率为p_i(n)；

当所述下一时隙不为最后一个时隙时，确定当前时隙所述分布式无人机群通信网络中每架所述无人机的信道使用状态；