申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2021-12-31

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN114501307B

主分类号：H04W4/02

分类号：H04W4/02;H04W28/22;H04B7/185

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2022.05.31#实质审查的生效;2022.05.13#公开

摘要：本发明公开了一种基于改进纳什均衡策略的无人机回程传输控制方法，包括以下步骤：S10，获取基站的位置信息和与该基站建立回程链路的无人机的位置信息以及每个无人机的需求速率信息；S20，将所有无人机初始化链路设定为直接连接到基站；S30，将所有非常驻无人机一次参与纳什均衡过程的有序组合作为一次迭代，通过不断的迭代直到形成的回程网络纳什收敛；S40，找到所有参与纳什均衡过程中被空对空链路排斥的无人机；S50，将被空对空链路排斥的无人机连接到有回程链路传输速率余量的无人机，进行优化接入匹配。本发明解决多无人机在远程服务地面用户时如何最大化有效回程数据传输速率的问题。

主权项：1.一种基于改进纳什均衡策略的无人机回程传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，获取基站的位置信息和与该基站建立回程链路的无人机的位置信息以及每个无人机的需求速率信息；步骤S20，将所有无人机初始化链路设定为直接连接到基站，将能够满足自身需求速率的无人机定义为常驻无人机；步骤S30，将所有非常驻无人机一次参与纳什均衡过程的有序组合作为一次迭代，通过不断的迭代直到形成的回程网络纳什收敛；步骤S40，找到所有参与纳什均衡过程中被空对空链路排斥的无人机；步骤S50，将被空对空链路排斥的无人机连接到有回程链路传输速率余量的无人机，进行优化接入匹配；步骤S10中，获取基站的位置信息和与该基站建立回程链路的无人机的位置信息以及每个无人机的需求速率信息，包括以下步骤：S11，初始化无人机编号U＝{1,2,3,…,N}，其中N表示无人机的数目，同时用编号0表示仅存的一个基站,无人机的水平位置信息表示为vi＝{xi,yi,i∈U},其中，vi表示无人机i的水平位置，基站的位置信息则直接表示为x0,y0,无人机的需求速率表示为Ci,i∈U；S12，计算无人机与基站之间空对地链路和无人机与无人机之间空对空链路的信道最大数据传输速率，分别由下式得到：Ri,0＝Bilog21+ri,01Ri,j＝Bilog21+ri,j2其中Bi表示无人机i的带宽，ri,0和ri,j分别表示无人机i与基站0和无人机j间信道的信噪比；其中，ri,0，ri,j分别由下式得到： 其中，p表示无人机的发射功率，σ2表示平均噪声功率，gi,0和gi,j分别表示空对地和空对空信道的链路损失；gi,0和gi,j分别由下式得到： 其中和分别为视距链路损失和非视距链路损失，PLosθi,0和PNlosθi,0分别表示视距传输和非视距传输的概率； 其中f是载波频率，li,j表示无人机i与无人机j之间的水平距离，c是光速，μLos是视距传输状态下的平均额外损失；PLosθi,0、PNlosθi,0、分别由下式得到： 其中，α和β表示由用户的周围环境确定的两个常量,θi,0＝tan-1hli,0，li,0表示为无人机i与基站0的水平间距，h为无人机i的飞行高度；PNlosθi,0＝1-PLosθi,08 其中f是载波频率，di,0是无人机i与基站0在三维空间上的距离,c是光速,μLos和μNlos分别是视距传输状态下和非视距传输状态下的平均额外损失；步骤S20中，将所有无人机初始化链路设定为直接连接到基站，将能够满足自身需求速率的无人机定义为常驻无人机包括以下步骤：S21，初始化链路设定为si表示无人机i的连接对象，于是可以通过目前的链路情况用式1计算出所有无人机的空对地信道最大数据传输速率；S22，找出能够满足自身需求速率的无人机作为常驻无人机，判断过程由下式得到： 参加纳什均衡过程的非常驻无人机由下式得到：UNR＝U-UR12常驻无人机不会改变自己的连接对象，因此它将不参与后面的纳什均衡过程；步骤S30中，将所有非常驻无人机一次参与纳什均衡过程的有序组合作为一次迭代，通过不断的迭代直到形成的回程网络纳什收敛包括以下步骤：S31，制定效用函数来确定无人机的纳什均衡点，效用函数由下式得到： 其中表示无人机i的回程路径qi中第k个无人机到第k+1个无人机的信道最大数据传输速率，代表无人机i回程路径的拥堵程度，G表示形成的回程有向网络Gv,s，具体包含了无人机的位置信息和链路信息；S32，回程路径qi和拥堵函数分别由下式得到： 其中qi的长度设为K； 其中表示无人机i的回程路径qi中的第k个无人机接收到的来自其他回程路径中存在无人机i的无人机的总需求速率,表示无人机i的回程路径qi中第k个无人机向第k+1个无人机的信道最大传输速率，如果在中对于任意ik,ik+1∈qi存在小于我们将取-1，以表示结果失效；S33，对所有非常驻无人机UNR进行优先排序，优先选取距离基站最远的无人机参与纳什均衡过程，选取过程由下式得到： 其中Δt表示在每一次迭代中的t时刻所有等待参与纳什均衡过程的无人机序列,在每一次对无人机i*开展纳什均衡过程结束后有t＝t+1,Δt＝Δt-1-i*；S34，对i*开展纳什均衡过程，使其遍历性地虚拟连接其他所有无人机，每一次虚拟连接依据13对应一个然后将满足最大效用函数的虚拟连接对象作为纳什均衡点并建立链路，由下式得到： S35，重复S33，S34直到结束第一次迭代，保存此时形成的回程链路网络为G1ν,s，表示第一次迭代结束所形成的回程链路网络，然后此时初始化Δt＝UNR，开始第二次迭代，每次迭代的方案与S33，S34一致，直到形成的回程网络与之前所形成的回程网络相同，此时纳什收敛，结束迭代；步骤S40中，找到所有参与纳什均衡过程中被空对空链路排斥的无人机为在纳什均衡过程结束后从所有非常驻无人机中找到信道依旧为空对地信道的无人机作为被空对空链路排斥的无人机UJ；步骤S50中，将被空对空链路排斥的无人机连接到有回程链路传输速率余量的无人机，进行优化接入匹配，接入匹配过程包括以下步骤：S51，对所有被空对空链路排斥的无人机UJ进行优先排序，优先选取距离基站最远的无人机参与空对空链路接入匹配过程，选取过程由下式得到： S52，找到回程传输余量最大所对应的常驻无人机j*，由下式得到： 其中表示常驻无人机j的空对地回程链路传输余量；S53，对比无人机i*的回程传输速率Ri*,0与无人机j*的回程传输速率余量，若前者大于后者，结束整个S50过程，反之，计算Ri*,j*，对比Ri*,j*与无人机j*的空对地回程链路传输速率余量，若前者大于后者，更新进入S56，反之，对比Ri*,j*与Ri*,0，若前者大于后者，依然更新进入S54；S54，将连接对象为j*的无人机作为新的j*，对比此时与无人机j*的最大回程传输速率余量若前者大于后者，则进入S55，反之，重复S54，直到j*无法更新时进入S56；若有多个连接对象为j*的无人机，则需要并列地对每一个无人机作用上述过程；S55，对比与无人机i*当前回程传输速率，若前者大于后者，更新执行S56，反之，执行S54；S56，从UJ中分离出i*，执行S51。

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