一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法，所述方法包括：步驟1、在目標區(qū)域內部署無人機的初始位置；步驟2、獲得目標區(qū)域的信息量分布；步驟3、對目標區(qū)域的信息量進行評估；步驟4、更新無人機部署位置，任選地，循環(huán)步驟2?4。本發(fā)明專利技術采用無人機構建空中基站網絡，進行信息的接收和發(fā)送，保證通信鏈路的質量，進行區(qū)域信息疏導。本發(fā)明專利技術通過空中基站網絡檢測信息量分布，利用離散網絡模型和擴散過程構建連續(xù)模型，通過連續(xù)模型和當前區(qū)域信息量分布情況，確定區(qū)域期望的信息量分布，結合CVT劃分方法對無人機的位置部署，實現(xiàn)對區(qū)域信息量的實時、檢測及更新，得到當前信息量分布下最優(yōu)的部署方式，實現(xiàn)對區(qū)域信息的動態(tài)覆蓋。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法
本專利技術屬于無線通信網絡
，具體涉及一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法。
技術介紹
過去對于無人機網絡的應用主要是建立多執(zhí)行器-傳感器網絡(MAS-net)，通過多個無人機對于區(qū)域的信息感知來分配無人機前往需求區(qū)域執(zhí)行動作。這類應用主要包括對田間農作物的生長情況檢測并噴灑農藥、對災區(qū)受災情況進行觀測并投運救災物資、對戰(zhàn)場環(huán)境進行評估并進行戰(zhàn)術打擊等，但利用無人機對網絡信息進行疏導的應用的研究很少。5G網絡是采用毫米波進行信號傳播，使得信號的穿透能力下降，因此，為了使信號能覆蓋更多的區(qū)域，5G基站需要建設的更加密集。對于人口稠密的地區(qū)，5G基站可以良好覆蓋，但對于人口稀疏的地區(qū)，容易出現(xiàn)緊急通信需求，此時固定基站無法為有需求的地區(qū)提供通信，因此，緊急情況下需要采用移動式的基站作為必要的通信設施。雖然傳統(tǒng)的通信車對于一般情況下的緊急通信支持已經足夠，但當緊急事件發(fā)生在山區(qū)或湖泊等區(qū)域時，受限于道路的通信車就無法及時提供支持，無法保證通信鏈路質量，使得通信受限。
技術實現(xiàn)思路
為了克服上述問題，本專利技術人進行了銳意研究，設計出一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法，所述方法包括：步驟1、在目標區(qū)域內部署無人機的初始位置；步驟2、獲得目標區(qū)域的信息量分布；步驟3、判斷目標區(qū)域的信息量；步驟4、更新無人機部署位置，任選地，循環(huán)步驟2-4。本專利技術采用無人機構建空中基站網絡，進行信息的接收和發(fā)送，保證通信鏈路的質量，進行區(qū)域信息疏導。本專利技術通過空中基站網絡檢測信息量分布，利用離散網絡模型和擴散過程構建連續(xù)模型，通過連續(xù)模型和當前區(qū)域信息量分布情況，確定區(qū)域期望的信息量分布，結合CVT劃分方法對無人機的位置部署，實現(xiàn)對區(qū)域信息量的實時、檢測及更新，得到當前信息量分布下最優(yōu)的部署方式，實現(xiàn)對區(qū)域信息的動態(tài)覆蓋，從而完成本專利技術。本專利技術的目的在于提供一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法，所述方法包括：步驟1、在目標區(qū)域內部署無人機的初始位置；步驟2、獲得目標區(qū)域的信息量分布；步驟3、對目標區(qū)域的信息量進行評估；步驟4、更新無人機部署位置，任選地，循環(huán)步驟2-4。步驟1包括：確定目標區(qū)域信息和無人機參數信息，部署無人機的初始位置，所述目標區(qū)域信息包括目標區(qū)域的范圍，所述無人機參數信息包括無人機的數量、部署高度和探測半徑，優(yōu)選地，還包括無人機可儲存最大信息量。步驟1中，所述部署無人機的初始位置包括：將目標區(qū)域劃分成多個子區(qū)域，在每個子區(qū)域部署一架無人機，即為無人機的初始位置，所述子區(qū)域的個數與無人機的數量相等，優(yōu)選地，采用CVT劃分法將目標區(qū)域劃分成多個子區(qū)域，確定每個子區(qū)域的質心，在每個子區(qū)域的質心位置部署一架無人機。步驟2中，所述獲得目標區(qū)域的信息量分布包括：每架無人機檢測各子區(qū)域的信息量，構建全域信息量分布。所述無人機上設有用于發(fā)送和接收信息的通訊模塊，所述集群無人機之間實時交互位置信息和信息量信息，所述集群無人機構成空間基站網絡，所述每架無人機檢測各子區(qū)域的信息量并廣播至空間基站網絡中。步驟3中，對目標區(qū)域的信息量進行評估包括：評估每個子區(qū)域的信息量大小，與閾值作比較，若每個子區(qū)域的信息量大小均小于閾值，則無需對無人機的位置進行部署。步驟4中，若每個子區(qū)域的信息量大小存在大于閾值的情況，則需要對無人機位置重新部署，優(yōu)選地，確定目標區(qū)域的期望的信息量分布，更新無人機部署位置，更優(yōu)選地，根據空中基站網絡的連續(xù)模型和目標區(qū)域當前的信息量分布，確定目標區(qū)域的期望的信息量分布，根據所述期望信息量分布，對所述目標區(qū)域進行劃分，進行無人機位置重新部署。所述連續(xù)模型根據離散網絡模型和擴散過程處理得到，優(yōu)選地，所述連續(xù)模型如下式所示：其中，q(t,x,y)為連續(xù)模型的信息量，f(x,y,q)為連續(xù)模型的發(fā)送概率，cw(x,y,q,▽q)-ce(x,y,q,▽q)和cs(x,y,q,▽q)-cn(x,y,q,▽q)為對流系數，g(x,y)為變量。步驟4中，根據目標區(qū)域的期望的信息量分布，對所述目標區(qū)域進行重新劃分，得到多個子區(qū)域，確定每個子區(qū)域的質心位置與當前時刻無人機的位置的距離偏差，若距離偏差小于設定閾值，則不需部署；若偏差大于閾值，則將無人機部署到質心位置，優(yōu)選地，確定每個子區(qū)域的質心位置后，基于CVT方法，進行如下過程：步驟4.1、將當前所有無人機的位置形成初始生成元集合其中zi為無人機i的坐標；步驟4.2、構造Voronoi圖其中，Vi為Voronoi圖中的第i個子區(qū)域；步驟4.3、確定每個Voronoi單元的質心并將這些質心作為新的生成元集合步驟4.4、判斷與的距離偏差，對無人機的位置進行部署，如果與距離偏差小于閾值，停止；否則將替換為更新無人機位置部署。循環(huán)步驟2-4，包括：通過步驟2確定無人機所在子區(qū)域的信息量，通過步驟3判斷信息量大小，通過步驟4更新無人機部署位置，依次迭代，實時檢測、計算和更新無人機部署位置，優(yōu)選地，直至輸出最終的無人機部署位置。本專利技術所具有的有益效果為：(1)本專利技術基于集群無人機形成空中基站，作為用戶與地面基站通信的中介，實現(xiàn)用戶與地面基站的通信，該空中基站充分發(fā)揮了無人機在空中的速度、高度優(yōu)勢，將超視距通信變?yōu)橐暰嗤ㄐ牛蟠蟾纳颇繕藚^(qū)域的通信鏈路質量，實現(xiàn)對區(qū)域信息的快速疏導且空中基站可部署在任何位置，并沿著任何僅受其航空特性限制的軌道移動，實現(xiàn)網絡覆蓋；(2)本專利技術提供的基于集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法，將空中基站網絡的離散模型通過極限化方法和擴散過程假設轉變?yōu)檫B續(xù)模型，將連續(xù)模型與CVT方法結合，設計出區(qū)域覆蓋部署方法，實現(xiàn)對區(qū)域信息量的實時檢測、計算和更新；(3)本專利技術的空中基站網絡部署采用CVT方法對區(qū)域進行劃分，對無人機進行部署，使得無人機的部署方式是當前信息量分布下最優(yōu)的方式；(4)通過本專利技術的空中基站可部署在通信受限區(qū)域(如受災地區(qū)、戰(zhàn)場環(huán)境)，部署方法操作簡單，實現(xiàn)對通信受限區(qū)域的通信網絡覆蓋，且通過實時檢測、計算和更新，實現(xiàn)對區(qū)域信息源的動態(tài)全覆蓋。附圖說明圖1示出本專利技術一種優(yōu)選實施方式的空中基站網絡圖；圖2示出本專利技術一種優(yōu)選實施方法的Voronoi圖和CVT圖的示意圖；圖3示出本專利技術一種優(yōu)選實施方式的空中基站網絡部署方法流程示意圖；圖4示出本專利技術實施例1的空中基站初始運行0.2s時的區(qū)域信息量分布圖和無人機部署位置圖；圖5示出本專利技術實施例1的空中基站初始化運行2.9s時的區(qū)域信息量分布圖和無人機部署位置圖。具體實施方式下面通過附圖和優(yōu)選實施方式對本專利技術進一步詳細說明。通過這些說明，本專利技術的特點和優(yōu)點將變得更為清楚明確。根據本專利技術，提供一種集群無人機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法，其特征在于，所述方法包括：/n步驟1、在目標區(qū)域內部署無人機的初始位置；/n步驟2、獲得目標區(qū)域的信息量分布；/n步驟3、對目標區(qū)域的信息量進行評估；/n步驟4、更新無人機部署位置，/n任選地，循環(huán)步驟2-4。/n

【技術特征摘要】
1.一種集群無人機區(qū)域覆蓋的空中基站網絡部署方法，其特征在于，所述方法包括：
步驟1、在目標區(qū)域內部署無人機的初始位置；
步驟2、獲得目標區(qū)域的信息量分布；
步驟3、對目標區(qū)域的信息量進行評估；
步驟4、更新無人機部署位置，
任選地，循環(huán)步驟2-4。


2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1包括：確定目標區(qū)域信息和無人機參數信息，部署無人機的初始位置，
所述目標區(qū)域信息包括目標區(qū)域的范圍，
所述無人機參數信息包括無人機的數量、部署高度和探測半徑，優(yōu)選地，還包括無人機可儲存最大信息量。


3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述部署無人機的初始位置包括：將目標區(qū)域劃分成多個子區(qū)域，在每個子區(qū)域部署一架無人機，即為無人機的初始位置，所述子區(qū)域的個數與無人機的數量相等，
優(yōu)選地，采用CVT劃分法將目標區(qū)域劃分成多個子區(qū)域，確定每個子區(qū)域的質心，在每個子區(qū)域的質心位置部署一架無人機。


4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述獲得目標區(qū)域的信息量分布包括：每架無人機檢測各子區(qū)域的信息量，構建全域信息量分布。


5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述無人機上設有用于發(fā)送和接收信息的通訊模塊，所述集群無人機之間實時交互位置信息和信息量信息，所述集群無人機構成空間基站網絡，所述每架無人機檢測各子區(qū)域的信息量并廣播至空間基站網絡中。


6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，對目標區(qū)域的信息量進行評估包括：評估每個子區(qū)域的信息量大小，與閾值作比較，若每個子區(qū)域的信息量大小均小于閾值，則無需對無人機的位置進行部署。


7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中，
若每個子區(qū)域的信息...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張福彪，陳祺，林德福，宋韜，鄭多，王江，莫靂，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11