[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

说明书

本发明实施例提供一种面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法及系统，包括：在该给定区域W，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，确定无人机间的最大通信半径R₁；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。

技术领域

本发明涉及胶囊机场和无人机领域，具体涉及一种面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法及系统。

背景技术

随着无线网络的发展与普及，小巧轻便的无人机作为空中基站提供网络服务成为一个重要应用。特别在地震、洪涝、火灾等突发性公共事件造成通信中断后，在无人机上搭载基站可以快速构建临时区域无线覆盖网络，帮助受灾地区恢复通信，提高人员搜救效率。装载小型旋翼无人机的胶囊机场，可用于多无人机的存放和充电，小巧灵活、成本较低，可以实现快速部署。当考虑使用胶囊机场无人机系统为受灾地区提供临时通信覆盖服务，那么胶囊机场和无人机在空间中的位置部署是一个关键问题。胶囊机场可由直升飞机运送至地势较高的平整地面，其部署方法类似于平面设施选址问题。而无人机需要部署在三维空间中，解空间增加了一个维度，而且需要考虑容量约束、用户分配和保持连通问题，相对来说比较复杂。胶囊机场和无人机的双层部署是一个更具有挑战的研究问题，无人机的位置优化则是其中的重点。

发明内容

本发明实施例提供一种面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法及系统，面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署，部署给定数量的胶囊机场、无人机，使得多个无人机在给定区域上方合作飞行，飞行在最优平面位置、合适的高度，覆盖面最广，且无人机功率损耗最优，为受灾地区提供临时通信覆盖服务。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供一种面向胶囊机场和无人机应用的最大覆盖部署方法，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；