[发明专利]基于协作传输的无人机能量补给调度方法

摘要

本发明提出了一种基于协作传输的无人机能量补给调度方法，主要解决现有无人机网络不能为指定区域持续提供服务和备用无人机增加经费开销的问题。其方案是：1)初始化无人机网络；2)节点根据无人机和节点的位置确定关联无人机；3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合；4)确定t的召回无人机集合，并计算召回无人机的协作簇；5)根据t的召回无人机集合，在指定区域进行无人机能量补给，并在当前时间片序号t大于无人机系统为指定区域提供服务的总时间片数目M时，无人机系统停止服务指定区域，否则，返回3)。本发明节省了备用无人机的经费开销，保障了节点服务质量，减少了系统能量消耗，可用于无人机网络为指定区域提供持续的服务。

主权项

1.一种基于协作传输的无人机能量补给调度方法，其特征在于，包括如下：(1)初始化无人机网络：(1a)假设无人机集合为V，第k个无人机的邻居无人机集合为Z_k，第k个无人机的协作簇集合为C_k，其中k＝1,2,...,L，k是无人机序号，L是网络中无人机总数目；(1b)设无人机系统为指定区域提供服务的总时间为T，将总时间T离散成M个等长的时间片，每个时间片t的召回无人机集合为V^*(t)，其中t是时间片序号，t＝1,2,...,M；(1c)初始化t＝t₁＝1，t₁是召回过程的开始时刻；(2)地面节点集合中每个节点从无人机集合V中获取每个无人机k接收的参考信号功率，并根据Max RSRP准则，将每个节点与信号功率最大的参考信号所对应的无人机进行关联，得到每个无人机k第t个时间片关联的节点集合D_k(t)；(3)初始化调度窗口和每个时间片t的召回无人机集合V^*(t)：(3a)初始化调度窗口的开始时刻t₂和结束时刻t₃；(3b)初始化每个时间片的召回无人机集合为空集，表示没有召回无人机，其中，t∈[t₁,t₃]；(4)确定每个时间片的召回无人机集合V^*(t)：(4a)初始化待确定召回时刻的无人机集合V₁＝V；(4b)初始化确定每个时间片召回无人机集合过程的时间片序号q＝t₂；(4c)构建第q个时间片的召回无人机集合V^*(q)，并判断V^*(q)是否为空集，若是，跳转到(4h)，否则，执行(4d)；(4d)设召回无人机集合V^*(q)的无人机数目为H，V^*(q)集合中剩余能量最少的无人机序号为r，并将其他无人机从V^*(q)集合中移除，无人机r的预召回时刻为x＝q‑H+1；(4e)调整第q到第x个时间片召回无人机集合；(4f)计算召回无人机r的协作簇：(4f1)初始化计算协作簇过程的时间片序号w＝x；(4f2)判断第w个时间片召回无人机集合V^*(w)中无人机数目是否满足|V^*(w)|≤1，若是，则执行(4f4)，否则，将V^*(w)集合的前|V^*(w)|‑1个召回无人机从该集合中移除，放入第w‑1个时间片的召回无人机集合V^*(w‑1)的后面，执行(4f3)；(4f3)更新w＝w‑1，返回(4f2)；(4f4)判断是否满足w<x，若是，则执行(4f5)，否则，执行(4f6)；(4f5)更新第w到第x‑1个时间片协作无人机和召回无人机的能量消耗速度和第w+1到第x个时间片开始时刻协作无人机和召回无人机剩余能量，执行(4f6)；(4f6)构建召回无人机r的候选协作簇集合；(4f7)判断召回无人机r的候选协作簇集合是否为空集，若是，则将召回无人机r加入第x‑1个时间片召回无人机集合V^*(x‑1)后面，更新第x个时间片召回无人机集合V^*(x)为空集，令x＝x‑1，返回(4f1)，否则，执行(4f8)；(4f8)选择关联节点数目之和最少的候选协作簇构成召回无人机r的协作簇C_r，并将召回无人机r从V₁集合中移除；(4f9)更新第x个时间片协作无人机和召回无人机的能量消耗速度和第x+1个时间片开始时刻协作无人机和召回无人机的剩余能量；(4f10)判断是否满足w<t₂，若是，则更新t₂＝w，执行(4g)，否则，直接执行(4g)；(4g)判断待确定召回时刻的无人机集合V₁是否为空集，若是，则更新t₃＝q，t₁＝t₃+1，执行(5)，否则，更新q＝x，执行(4h)；(4h)更新q＝q+1，返回(4c)；(5)进行无人机能量补给：(5a)判断是否满足t>t₃，若是，则执行(6)，否则，执行(5b)；(5b)判断V^*(t)是否为空集，若是，则更新t＝t+1，返回(5a)，否则，V^*(t)中召回无人机为第t个时间片的召回无人机，召回无人机返回能量补给中心，协作无人机服务召回无人机的节点，更新t＝t+1，返回(5a)；(6)判断是否满足t>M，若是，则无人机系统停止服务指定区域，否则，返回(3)。