[发明专利]时效性保障的低能耗高动态空中网络覆盖方法

说明书

本发明公开了一种时效性保障的低能耗高动态空中网络覆盖方法，主要解决现有技术无法保障高动态空中网络通信覆盖下用户服务时效性的问题。其方案是：组装配置m个空中基站，并构建能与空中基站通信的中心节点；在中心节点中根据目标网络场景的时效性要求设置不同权重的时效保障因子，并定义覆盖服务质量奖励函数；栅格化空中基站的服务区域，并在栅格中初始化空中基站的起始点；中心节点与各个空中基站进行交互并利用交互信息和奖励函数进行强化学习训练；各空中基站按照中心节点训练出来的覆盖策略对地面用户进行覆盖。本发明能保障不同业务场景下的能耗和时效性要求，可用于空中无线通信网络中的空中基站的高动态部署策略设计。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及一种空中网络覆盖方法，可用于空中无线通信网络中的空中基站的高动态部署策略设计。

背景技术

利用无人机搭载通信基站构成的空中基站由于其高动态性弥补了地面基站位置受限的缺点，所以空中基站能够更加灵活的部署在地面基站受限的地方以提供通信覆盖。但同时也带来了负载和能量受限的问题。此外，由于空中基站的覆盖范围具有局限性，使得网络中的用户在服务过程中并不连续，而不同的网络场景对服务过程中的时效性要求不同，所以如何在覆盖过程中保障用户服务时效性的同时降低网络能耗，对于空中网络在具体实际场景中的应用具有重要意义。

时效性主要从用户侧和网络侧两个方面来体现：从用户侧来说，时效性表示单用户得到服务的时间间隔长短，时效性越高，单用户得到服务的时间间隔越短，时效性越低，单用户得到服务的时间间隔越长；从网络侧来说，时效性表示当前网络下的所有用户得到的均匀程度，时效性越高，代表所有用户得到的服务越均匀，时效性越低，代表所有用户得到的服务次数的差距越大。

北京理工大学在其申请号为：202010340648.9的专利文献中公开了“一种集群无人机区域覆盖的空中基站网络部署方法”，该方法通过无人机不断的获取目标区域的信息量分布，并对目标区域的信息量进行评估，然后不断的更新无人机的位置，得到当前信息量分布下的最优部署方式，以实现对目标区域信息的动态覆盖。但是该方法的不足之处在于不适用于未知的网络环境以及动态的网络场景，而且在覆盖过程中没有考虑到无人机的能耗问题，大大降低了无人机的续航时间，使其应用大大受限。

北京信息科技大学在申请号为：202111092233.5的专利文献中，公开了“一种基于无人机群覆盖优化的智能集群方法”，提出了以群智能优化算法来优化无人机基站的部署问题,使得无人机的对地覆盖最大化，可找出无人机对地覆盖率的最优解。该方法的不足之处在于在覆盖过程中只考虑了吞吐量提升而没有考虑到无人机的能耗问题，因为空中基站的能量是十分有限的，所以在对地覆盖的过程中考虑如何降低无人机的能耗从而延长无人机的续航服务服务时间很有必要。

湖南智领通信科技有限公司在其申请号为202010197732.X的专利文献中公开了一种“辅助智能物联网覆盖增强的无人机轨迹优化方法及系统”，该方法通过结合已知的地面物联网终端设备位置、服务质量需求等信息，得出无人机的最佳轨迹以保障服务质量；同时还通过协调系统内的总能量消耗和系统总吞吐量之间的关系，实现对无人机轨迹的优化。该方法虽然考虑到了无人机能耗以及各终端设备的服务质量需求这些信息，但由于该覆盖方法是建立在已知终端设备位置以及服务质量需求之上的，因而使得其应用大受限制。

此外，上述方法均没有考虑不同业务场景下通信覆盖的时效保障性要求，因为不同业务场景下对数据服务的时效性有不同的要求，比如在保障网络中多用户的数据通信时，强调的是用户之间得到服务的公平性；而在类似物联网数据采集的这种场景下，更多的是强调单用户完成服务的快速性，根据不同业务场景动态调整数据服务的时效性，可以提升网络性能并扩大方法的应用范围，如不能保障数据服务的时效性，将对网络性能造成很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种时效性保障的低能耗高动态空中网络覆盖方法，，通过设置不同权重的时效保障因子，并根据空中基站与外部环境的交互，不断优化空中基站的部署策略，保障不同业务场景下的能耗和时效性要求，提高覆盖性能。