[发明专利]基于空闲无人机替换的无人机能量补给调度方法

摘要

本发明提出了一种基于空闲无人机替换的无人机能量补给调度方法，主要解决现有无人机网络不能为指定区域持续提供服务和无人机之间相互影响的问题。其实现步骤是：1)初始化无人机网络；2)节点根据Max RSRP准则确定关联无人机；3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合；4)确定每个时间片t的召回无人机集合；5)根据每个时间片t的召回无人机集合，在指定区域进行无人机能量补给，如果当前时间片序号t大于无人机系统为指定区域提供服务的总时间片数目M，则无人机系统停止对指定区域的服务，否则，返回3)。本发明避免了无人机之间的影响，保障了节点服务质量，减少了系统能量消耗，可用于无人机网络为指定区域提供持续的服务。

主权项

1.一种基于空闲无人机替换的无人机能量补给调度方法，其特征在于，包括如下：(1)初始化无人机网络：(1a)假设无人机集合为V＝{1，..,k,..,L}，L是网络中正在提供服务的无人机总数目；地面节点集合为D＝{1,...,u,...,A}，A是网络中节点总数目；设无人机系统为指定区域提供服务的总时间为T，将总时间T离散成M个等长的时间片，得到时间片集合B＝{1，..,t,..,M}；设每个时间片t的召回无人机集合为V^*(t)；空闲无人机数目为N，每个无人机的满能量值为E^bat；(1b)初始化t＝t₁＝1，t₁是召回过程的开始时刻；(2)地面节点集合D中每个节点u获取从无人机集合V中每个无人机k接收的参考信号的信号功率，并根据Max RSRP准则，与接收信号功率最大的参考信号对应的无人机进行关联，得到每个无人机k关联的节点集合D_k；(3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合V^*(t)：(3a)计算无人机集合V中每个无人机k在召回过程开始时刻t₁的生存时间T_k(t₁)；(3b)用最小的无人机生存时间min{T_k(t₁)}和召回过程开始时刻t₁之和作为调度窗口开始时刻：t₂＝min{T_k(t₁)}+t₁；用最大的无人机生存时间max{T_k(t₁)}和召回过程开始时刻t₁之和作为调度窗口结束时刻：t₃＝max{T_k(t₁)}+t₁；(3c)初始化每个时间片的召回无人机集合为空集，表示没有召回无人机，其中，t∈[t₁,t₃]；(4)确定每个时间片的召回无人机集合V^*(t)：(4a)初始化待确定召回时刻的无人机集合V₁＝V；(4b)初始化确定召回无人机过程的时间片序号q＝t₂；(4c)构建第q个时间片的召回无人机集合V^*(q)，并判断V^*(q)是否为空集，若是，执行(4g)，否则，执行(4d)；(4d)修正每个时间片的召回无人机集合：(4d1)初始化修正召回无人机集合过程的时间片序号h＝q；(4d2)将V^*(h)集合中无人机按剩余能量升序排列；(4d3)判断第h个时间片召回无人机集合中无人机数目是否满足|V^*(h)|≤N，若是，则执行(4e)，否则，将V^*(h)集合前|V^*(h)|‑N个召回无人机从V^*(h)集合中移除，放入第h‑1个时间片的无人机集合V^*(h‑1)的后面，执行(4d4)；(4d4)更新h＝h‑1，返回(4d3)；(4e)判断是否满足h＜t₂，若是，则更新t₂＝h，执行(4f)，否则，直接执行(4f)；(4f)判断待确定召回时刻的无人机集合V₁是否为空集，若是，则更新t₃＝q，t₁＝t₃+1，执行(5)，否则，执行(4g)；(4g)更新q＝q+1，返回(4c)；(5)进行无人机能量补给：(5a)判断是否满足t＞t₃，若是，则执行(6)，否则，执行(5b)；(5b)判断V^*(t)是否为空集，若是，则更新t＝t+1，返回(5a)，否则，V^*(t)中召回无人机为第t个时间片的召回无人机，召回无人机返回能量补给中心，用空闲无人机替换召回无人机，召回无人机的节点关联空闲无人机，更新t＝t+1，返回(5a)；(6)判断是否满足t＞M，若是，则无人机系统停止服务指定区域，否则，返回(3)。