一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法，属于无人机通信技术领域。本发明专利技术方法依据链路质量选择通信传输方式，通过分析编队中继两端无人机成员的邻近域的交叠关系划定中继选择区域，并依据源成员与中继成员的社会性依存关系在候选成员中选择最适合的中继成员，兼顾考虑了编队成员的邻近域和编队成员间的社会性依存关系。本发明专利技术保证了无人机密集编队的基本通信能力，又同时优化提高了编队的吞吐量，从而进一步提升了密集编队支撑网络的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法
本专利技术涉及无人机通信
，具体涉及一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法，是指无人机在密集编队下，兼顾考虑了编队成员的邻近域和编队成员间的社会性依存关系，据此来选择无人机编队网络最优中继的方法。
技术介绍
无人机编队支撑网络是能够支持编队中信息的传输与共享的通信网络，而且编队成员还能通过它获知自身在编队中所处地位和与其他编队成员的社会性依存关系。端到端技术(Device-to-Device，D2D)可为无人机编队提供高效的网络支撑和补充，适应协同编队的需求且拥有一定的自主性。与其它无需依赖网络基础设施的通信技术相比，D2D技术更为多变，不但能受基站控制进行通信，也可无需基础网络设施进行通信。通过D2D通信，终端间不再需要通过中转直接可以进行传输，链路能够产生增益，进而可以减轻基站的负载，链路及资源复用所产生的增益均能提升频谱资源效率及吞吐量。由于中继用户分布在D2D源成员的周围，所以如何在进行中继协作通信时选择优秀且可靠的中继成员问题就成为了国内外学者研究的热点。参考文献[1]首先构建了一种将社交因素及物理因素相结合的模型，并以先验概率为依据提出了选择最佳中继的方法，提升了吞吐量并降低了系统的中断概率。参考文献[2]通过研究社交与交互贡献提出了一种能够增强多跳协作效率的基于社交感知的中继选择方法，并且依靠该方法可以进一步优化系统的功率开支。参考文献[3]则通过社交相似性感知提出了一种分阶段的中继选择法，在保证系统吞吐量及公平性的前提下提升了系统资源效率。虽然目前这些研究对于提高一类典型系统的吞吐量和优化系统方面呈现出了一定的优势，但是由于无人机密集编队通信网络中无人机群具有高动态、大规模的特点，将上述现有方法应用到无人机密集编队时，存在所选中继成员通信能力表现差、系统整体吞吐量低等问题，因此需要一种适用于无人机密集编队通信网络的中继节点优化选择技术。参考文献：[1]徐少毅,张鹏.D2D协作通信网络中基于社交信息的中继选择和功率分配[J].电子与信息学报，2019，39:1-8.[2]BidiY,AmiyaN.APower-EfficientandSocial-AwareRelaySelectionMethodforMulti-HopD2DCommunications[J].IEEECOMMUNICATIONSLETTERS,2018,22(7):1450-1453.[3]袁润平,崔建勇,闵伟娟.基于比例公平选择的中继通信策略[J]现代导航,2012,134-138.
技术实现思路
针对现有需求，本专利技术基于端到端技术，通过考虑编队成员的邻近域及其交叠关系，以及编队成员间的社会性依存关系，提供了一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法。无人机密集编队通信网络中包括进行蜂窝通信的无人机成员与进行D2D通信的无人机成员，本专利技术的无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法，对无人机编队中准备进行D2D通信的成员，执行如下步骤：步骤一，设需要进行D2D通信的成员εi为源成员，将当前编队中与成员εi距离最近的且拥有εi所需资源的成员εj为目标成员；成员εi复用蜂窝成员c的上行信道资源进行传输；步骤二，计算εi复用c的蜂窝链路的信干噪比和εi与εj的D2D链路的信干噪比，判断是否满足对应的最低通信阈值，若满足，则成员εi与目的成员εj进行直接通信，结束本方法；否则，需要中继通信，继续执行步骤三；步骤三，按照邻近域交叠关系选择成员εi的中继选择区域，源成员向该选择区域内的无人机成员广播中继请求；步骤四，从中继选择区域中选择最优中继成员，最优中继成员接收源成员的中继请求，与源成员、目标成员建立链路并进行中继协作通信。所述的步骤三中，所述中继选择区域的选择方法是：以成员εi为球心、εi的邻接距离为半径的球形区域设为εi的邻近域；以成员εj为球心、εj的邻接距离为半径的球形区域设为εj的邻近域；以源成员εi及目标成员εj的连线为中心线的两个半球邻近域，设两个半球邻近域的交叠部分为I区，两个半球邻近域的其余部分为II区，I区和II区为所选择的中继选择区域。所述的步骤四中，首先从I区中选择最优中继成员，若I区中没有空闲无人机，则从II区中选择最优中继成员，若II区中也没有空闲无人机，则当前没有可作为中继的无人机，本次未找到合适的中继，需要等待下一次编队周期性更新时间后再重新执行本专利技术方法；当I区中只有一个空闲无人机时，则将该无人机作为最优中继成员；当I区中存在多个空闲无人机，则选取对源成员εi的社会性依存度最大的空闲无人机作为最优中继成员；当I区中没有空闲无人机，II区中存在多个空闲无人机，从II区中选取对源成员εi的社会性依存度最大的空闲无人机作为最优中继成员。所述的步骤四中，依据对源成员εi的社会性依存度选取最优中继成员，设空闲无人机为εr，εr对εi的社会性依存度表示为ρri，计算如下：其中，Cri为成员εr的社会能力，由成员εr的信干噪比得到；Cbr为成员εr的基本通信能力，由成员εr的最大传输功率与其邻接距离之比得到，Cbr≥0。将空闲无人机对源成员εi的社会性依存度从大到小排序，选择社会性依存度最大的空闲无人机作为最优中继成员。本专利技术与现有技术相比，具有以下积极效果：(1)考虑到无人机编队的结构特点，本专利技术的无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法兼顾考虑了编队内无人机成员的邻近域的交叠关系以及编队成员间的社会性依存关系，相比现有技术更加适用于高动态、大规模的无人机密集编队。(2)本专利技术的无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法既可保证无人机密集编队的基本通信能力，又同时优化提高了编队的吞吐量，从而进一步提升了密集编队支撑网络的整体性能。附图说明图1是本专利技术方法所应用的无人机密集编队通信网络结构的一个示例图；图2是本专利技术编队D2D通信流程示意图；图3是本专利技术编队成员邻近域内交叠分布关系示意图；图4是本专利技术与现有两种中继选择方法在系统吞吐量上对比示意图；图5是本专利技术与仅以本专利技术的社会性依存度选择中继在系统吞吐量上对比示意图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细和深入描述。本专利技术的一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法，依据链路质量选择通信传输方式，通过分析编队中继两端无人机成员的邻近域的交叠关系划定中继选择区域，并依据源成员与中继成员的社会性依存关系在候选成员中选择最适合的中继成员。本专利技术既可保证无人机密集编队的基本通信能力，又同时优化提高了编队的吞吐量，从而进一步提升了密集编队支撑网络的整体性能。如图1所示，为本专利技术方法所应用的一个无人机密集编队通信网络。其中，无人机编队中包含：一个主成员m；I个空闲成员{i1,i2,…,iI}；C个蜂窝成员{c1,c2,…,cC}；D个D2D成员{d1,d2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法，其特征在于，对无人机编队中准备进行D2D通信的无人机成员，执行如下步骤：/n步骤一，设需要进行D2D通信的成员ε

【技术特征摘要】
1.一种无人机密集编队通信网络的中继优化选择方法，其特征在于，对无人机编队中准备进行D2D通信的无人机成员，执行如下步骤：
步骤一，设需要进行D2D通信的成员εi为源成员，将当前编队中与成员εi距离最近的且拥有εi所需资源的成员εj为目标成员；设成员εi复用蜂窝成员c的上行信道资源进行传输；
步骤二，计算εi复用c的蜂窝链路的信干噪比和εi与εj的D2D链路的信干噪比，判断是否满足相应的最低通信阈值，若满足，则成员εi与目的成员εj进行直接通信，结束本方法；否则，需要中继通信，继续执行步骤三；
步骤三，按照邻近域交叠关系选择成员εi的中继选择区域，成员εi向中继选择区域内的无人机成员广播中继请求；
所述中继选择区域的选择方法是：以成员εi为球心、εi的邻接距离为半径的球形区域设为εi的邻近域；以成员εj为球心、εj的邻接距离为半径的球形区域设为εj的邻近域；以源成员εi及目标成员εj的连线为中心线的两个半球邻近域，设两个半球邻近域的交叠部分为I区，两个半球邻近域的其余部分为II区，I区和II区为所选择的中继选择区域；
步骤四，统计I区内的空闲无人机成员个数，若为0个，执行步骤五，若为1个，将I区仅有的一个空闲无人机作为最优中继成员，执行步骤七，否则进入步骤六执行；
步骤五，统计II区内的空闲无人机成员个数，若为0个，结束本方法，若为1个，将II区仅有的一个空闲无人机作为最优中继成员，执行步骤七，否则进入步骤六执行；
步骤六，从I区或II区内的空闲无人机中，选取对源成员εi的社会性依存度最大的空闲无人机作为最优中继成员，然后执行步骤七；
设候选中继成员为εr，εr对εi的社会性依存度表示为ρri，计算如下：



其中，Cri为成员εr的社会能力，由成员εr与εi的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴钟博，
申请(专利权)人：博翱经纬天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12