[发明专利]一种基于无人机协作的数据传输方法

说明书

本发明涉及一种基于无人机协作的数据传输方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：步骤1)建模簇头选择变量；2)建模物联网设备与簇头关联变量；3)建模簇内数据传输总能耗；4)建模物联网设备、簇头传输模式选择变量；5)建模基站传输模式对应能耗；6)建模UAV传输模式对应能耗；7)建模UAV协作传输模式对应能耗；8)建模UAV部署成本；9)建模网络总成本；10)建模物联网设备成簇、传输模式选择及数据传输限制条件；11)基于网络成本最小化确定UAV部署及数据传输策略。本发明保证物联网设备在满足最小速率需求的前提下，数据传输性能优化，实现网络总成本最小化。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于无人机协作的数据传输方法。

背景技术

近年来，无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)已在多个领域获得广泛应用。特别地，由于UAV的灵活性和移动性，在无线通信系统中使用UAV作为中继、空中基站等，可有效提升系统覆盖范围及容量。此外，随着物联网的快速发展，物联网设备数量显著增加，大量物联网设备分布在不同区域，可感知并收集数据，进而传输至基站。为提升物联网设备传输性能，可部署UAV作为物联网设备与基站之间的中继，以提升数据传输性能。

目前已有文献研究物联网设备数据传输问题，如有文献研究UAV协助物联网设备执行数据传输，联合优化UAV部署及无线资源分配问题，以最大化UAV服务的物联网设备数量；又例如，有文献提出基于物联网设备数据传输时延最小化的资源分配方案；现有研究较少联合考虑物联网设备成簇、多个UAV协作传输数据对网络成本的影响问题，难以实现网络性能优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于无人机协作的数据传输方法。在该方法中，针对包含一个基站、多个UAV以及多个物联网设备的系统，假设物联网设备可成簇，建模系统能耗及UAV部署成本的加权和为优化目标，实现簇头关联、传输模式选择及UAV部署的联合优化。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于无人机UAV协作的数据传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)建模簇头选择变量；

步骤2)建模物联网设备与簇头关联变量；

步骤3)建模簇内数据传输总能耗；

步骤4)建模物联网设备、簇头传输模式选择变量；

步骤5)建模基站传输模式对应能耗；

步骤6)建模UAV传输模式对应能耗；

步骤7)建模UAV协作传输模式对应能耗；

步骤8)建模UAV部署成本；

步骤9)建模网络总成本；

步骤10)建模物联网设备成簇、传输模式选择及数据传输限制条件；

步骤11)基于网络成本最小化确定UAV部署及数据传输策略；

在所述步骤1)中，建模簇头选择变量包括：假设网络内需要传输数据的物联网设备数量为L，令δ_k,n∈{0,1}表示簇头选择变量，若δ_k,n＝1，表示将物联网设备k选为第n个簇的簇头，记作CH_n；反之，δ_k,n＝0，1≤k≤L，1≤n≤N，其中，N为簇头的数量，N＝max n,

可选的，在所述步骤2)中，建模物联网设备与簇头关联变量包括：令α_l,n∈{0,1}表示物联网设备l与CH_n的关联变量，若α_l,n＝1，表示物联网设备l与CH_n关联；反之，α_l,n＝0，1≤l≤L，1≤n≤N。