[发明专利]一种热点区域按需覆盖的车载基站智能轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种热点区域按需覆盖的车载基站智能轨迹规划方法，包括步骤如下：S1，对不同的动态热点流量区域进行分类识别，采用K‑means聚类方法将业务分成N个业务簇，由N个车载移动基站一一对应为N个业务簇提供通信服务；S2，根据业务流量的时空分布，对车载基站的数据传输速率、覆盖和容量进行分析；S3，以最大化网络容量与业务需求的匹配度为目标，采用贪心搜索算法建立最优化模型，对车载移动基站的轨迹进行规划和优化。本发明通过车载基站为热点区域提供服务，实现提高网络容量的目的，使得车载基站与宏基站提供的网络容量与实际业务需求流量相匹配，实现车载基站的按需覆盖。

技术领域

本发明涉及车载基站智能规划方法，尤其涉及一种用于优化热点区域按需覆盖的车载基站智能轨迹规划方法。

背景技术

现有的固定基站网络都是基于最坏情况设计的，业务需求导致的网络流量不均衡会导致这些网络的资源浪费。因此，未来网络架构设计将基于资源的按需覆盖，满足不同地点、不同时间的业务需求。

针对上述需求，网络中资源和业务的按需覆盖是保证现有基础设施可服务性的一种非常有吸引力的方法。此外，在自然灾害的情况下，按需覆盖可以帮助在严重受损的基础设施中提供紧急通信。最近，无人机(UAV)通信的使用在许多应用中引起了极大的兴趣，UAVs可以用作飞行基站，以提高无线网络在临时热点和紧急情况等不同场景下的速率和覆盖性能。与地面基站相比，基于无人机的空中基站可以提供更好的覆盖和资源利用，同时具有提供实时通信的优势。

可是无人机的安全性和城市禁飞政策使得飞行基站的运行存在局限性，而地面车载基站在实现业务的按需覆盖方面发挥着越来越重要的作用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够针对城市中随时空动态变化的热点区域业务流量，最大化网络容量与业务需求的匹配度的热点区域按需覆盖的车载基站智能轨迹规划方法。

技术方案：本发明的车载基站智能轨迹规划方法，包括步骤如下：

S1，对不同的动态热点流量区域进行分类识别，采用K-means聚类方法将业务分成N个业务簇，由N个车载移动基站一一对应为N个业务簇提供通信服务；

S2，根据业务流量的时空分布，对车载基站的数据传输速率、覆盖和容量进行分析；

S3，以最大化网络容量与业务需求的匹配度为目标，采用贪心搜索算法建立最优化模型，对车载移动基站的轨迹进行规划和优化。

进一步，所述步骤S1中，在第t个时隙中，第i个车载基站服务的业务簇用表示，最优通信位置定义为K是簇心个数；设通信传输的总服务时间为T，表示每个时隙内业务簇的位置坐标，车载基站的移动速度为V，表示其位置，定义道路网络集合为：

因此，车载基站在移动过程中的位置约束表示为：

设每个业务簇的面积为对于每个热点区域，其业务需求数服从参数为的泊松过程；令N(t)表示在时间(0,t]内热点区域发起的业务需求数，那么对于任意t≥0和Δt≥0都有：

其中，Δt是时间区间的长度；在区间(0,t]内热点区域发起的平均业务需求数为其中t为任意时刻；

则在单位时间内，热点区域发起的平均业务需求数为

进一步，所述步骤S2中，设定业务簇内的所有业务均在一个时隙中完成，传输速率由车载基站的发射功率决定；

设车载基站与业务簇通信的带宽固定为B，车载基站的最大发送功率为P_max，所以第i个车载基站对第个业务簇在第t个时隙通信时的瞬时速率为：