[发明专利]面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法及系统

权利要求书

1.一种面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法，其特征在于，包括：

在给定区域预部署胶囊机场以及无人机以覆盖给定区域来提供无线通信服务，将对胶囊机场和无人机的最大覆盖部署设置成一个问题空间V：

在给定区域W具有位置已知的用户i，i∈I，i表示用户的位置，I表示用户位置的集合；

给定区域W内，已知具有地势较高且处在地面平整区域的q个侯选位置，q个侯选位置用于放置m个胶囊机场，且m＜q；

每个胶囊机场装有n个无人机；j∈J和分别表示胶囊机场侯选位置集合和胶囊机场位置集合，|J|＝q且|J|＝m；

从q个侯选位置中确定m个胶囊机场的位置，确定每个胶囊机场所在区域内的用户集；

在该给定区域W，已知用户i∈I的位置，针对从q个侯选位置中确定的m个胶囊机场的位置、每个胶囊机场装有的n个无人机，通过无人机与用户的空对地信道模型，求解得出无人机的最佳固定高度H、以及无人机的最大覆盖半径R；

令所有无人机部署在最佳固定高度H，通过空空信道传播的特性建立无人机k和无人机k'之间的路径损耗函数，并确定无人机间的最大通信半径R₁；以及为能够保证无人机间的网络连通性，则且保证d_kk'≤R₁；其中，无人机k'处于无人机k返回到装载该无人机胶囊机场的回路上；

通过对用户聚类，将聚类中心确定为每个区域无人机的平面位置初始解的候选解；

令所有无人机部署在最佳固定高度H，结合无人机间的最大通信半径R₁、无人机的最大覆盖半径R，在二维平面确定每个无人机的最优平面位置；

令每个无人机部署在最优平面位置，保证每个无人机所能提供的网络服务容量最大的情况下、覆盖用户最多，然后对无人机的高度进行优化得到能耗更优高度，达到降低功率损耗的效果；

在确定好m个胶囊机场的位置、每个胶囊机场的n个无人机各自的以更低功率实现最大覆盖的最优三维位置之后，当将所有胶囊机场盛装的所有无人机部署在最优三维位置处，通过各无人机所搭载的信号基站构建临时区域无线覆盖网络，为地面给定区域内的用户提供无线通信服务，其中，每个无人机的最优三维位置通过能耗更优高度、二维平面的最优平面位置构成。

2.根据权利要求1所述的面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法，其特征在于，所述从q个侯选位置中确定m个胶囊机场的位置，具体包括：

通过shaking从胶囊机场的q个侯选位置中随机确定|J|个胶囊机场位置；

再令k＝|J|，对所有用户实施k-means聚类，将所有用户划分为|J|个区域；

计算随机确定位置的每个胶囊机场与聚类中心的距离，将随机确定位置的每个胶囊机场匹配到最近聚类中心所在的区域，从而确定出m个胶囊机场各自的最终位置及所在区域内的用户集。

3.根据权利要求1所述的面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法，其特征在于，所述在该给定区域W，已知用户i∈I的位置，针对从q个侯选位置中确定m个胶囊机场的位置、每个胶囊机场装有的n个无人机，通过建立无人机与用户的空对地信道模型，求解得出无人机的最佳固定高度H、以及无人机的最大覆盖半径R，具体包括：

无人机与用户的连接通过空对地信道传播，针对无人机与用户连接的空对地信道建立空对地信道模型，所述空对地信道模型是指无人机k到用户i的路径损耗函数，对所述无人机k到用户i的路径损耗由一定概率的LoS链接和一定概率的nLoS链接构成；

当给定路径损耗阈值L_th时，那么无人机k到用户i的路径损耗函数为d_ik关于h的非线性隐函数；通过对无人机k到用户i的路径损耗函数求偏导，求出无人机k到用户i的路径损耗函数的拐点值，将所述路径损耗函数的拐点值作为最佳固定高度H，同时求出d_ik的最大值，将所述d_ik的最大值作为无人机的最大覆盖半径R；

其中，d_ik为用户i到无人机k覆盖圈圆心的距离，k∈K；

h为无人机的高度。