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Zk,第k个无人机的协作簇集合为Ck,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Dk(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
(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Cr,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
(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)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(3a)中初始化调度窗口的开始时刻t2和结束时刻t3,实现如下:(3a1)计算无人机集合V中每个无人机k在召回过程开始时刻t1的生存时间其中:Erk(t1)为第k个无人机在召回过程开始时刻t1的剩余能量,Emin为无人机返回能量补给中心消耗的能量,Ek(t1)表示第k个无人机在第t1个时间片的能量消耗速度, Efix是无人机固定能量消耗速度,mk(t1)是第t1个时间片无人机k关联的节点数目, 是普通无人机的发射功率;
(3a2)设调度窗口开始时刻t2为最小的无人机生存时间min{Tk(t1)}和召回过程开始时刻t1之和,即t2=min{Tk(t1)}+t1;
(3a3)设调度窗口结束时刻t3为最大的无人机生存时间max{Tk(t1)}和召回过程开始时刻t1之和,即t3=max{Tk(t1)}+t1。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(4c)中构建第q个时间片的召回无人机集*合V(q),实现如下:
(4c1)计算第q个时间片结束时刻V1集合中每个无人机k的剩余能量Nk(q):Nk(q)=Erk(q)-Ek(q),
其中:Erk(q)为第k个无人机在第q个时间片开始时刻的剩余能量,Ek(q)表示第k个无人机在第q个时间片的能量消耗速度, Efix是无人机固定能量消耗速度,mk(q)是第q个时间片无人机k关联的节点数目, 是普通无人机的发射功率;
(4c2)将无人机k的剩余能量Nk(q)与无人机返回能量补给中心消耗的能量Emin进行比较:如果满足Nk(q)
否则,无人机k不加入第q个时间片召回无人机集合V*(q)。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(4e)中调整第q到第x个时间片召回无人机集合,实现如下:(4e1)初始化调整第q到第x个时间片召回无人机集合过程的时间片序号s=q;
(4e2)判断是否满足s>x,若是,则将第s个时间片召回无人机集合V*(s)中的召回无人机放入第s-1个时间片的召回无人机集合V*(s-1)后面,并更新V*(s)集合为空集,执行(4e3),否则,执行(4f);
(4e3)更新s=s-1,返回(4e2)。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(4f5)中更新第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,实现如下:(4f51)将第w到第x-1个时间片协作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剩余能量更新为:其中,t∈[w,x-1],Efix是无人机固定能量消耗速度,mk(t)是第t个时间片无人机k关联的节点数目, 是协作无人机扩大的发射功率;
(4f52)将第w到第x-1个时间片召回无人机的能量消耗速度和第w+1到第x个时间片开始时刻召回无人机剩余能量更新为:其中,t∈[w,x-1],Emin为无人机返回能量补给中心消耗的能量,Ebat为每个无人机的满能量值。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(4f6)中构建召回无人机r的候选协作簇集合,实现如下:(4f61)构建召回无人机r的候选协作无人机集合:
首先,计算召回无人机r的节点到其邻居无人机集合Zr中每个无人机的距离,如果节点和无人机的距离小于2Rk,则将节点加入第x个时间片无人机k的节点集合Dk(t)中,并更新第x个时间片与无人机k关联的节点数目:mk(x)=mk(x)+1,其中,Rk为普通无人机的覆盖半径;
其次,计算Zr集合中每个无人机第x个时间片的生存时间Tk(x),其中:Erk(x)为协作无人机k在第x个时间片开始时刻的剩余能量,Emin为无人机返回能量补给中心消耗的能量, 表示协作无人机k在第x个时间片的能量消耗速度,fixE 是无人机固定能量消耗速度,mk(x)是第x个时间片无人机k关联的节点数目, 是协作无人机的发射功率;
然后,对生存时间Tk(x)进行判断:如果满足Tk(x)>1,则将其加入召回无人机r的候选协作无人机集合,否则,不加入召回无人机r的候选协作无人机集合;
(4f62)构建召回无人机r的候选协作簇集合:
先将召回无人机r候选协作无人机集合中的无人机进行任意组合,再将每个无人机组合服务的节点集合合并,如果合并后的节点集合包含召回无人机r的全部节点,则该无人机组合加入召回无人机r的候选协作簇集合,否则,该无人机组合不加入召回无人机r的候选协作簇集合。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(4f9)中更新第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,实现如下:(4f91)将第x个时间片协作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剩余能量 更新为:其中,Efix是无人机固定能量消耗速度,mk(x)是第x个时间片协作无人机k关联的节点数目, 是协作无人机扩大的发射功率, 是第x个时间片开始时刻协作无人机剩余能量;
(4f92)将第x个时间片召回无人机的能量消耗速度 和第x+1个时间片开始时刻召回无人机剩余能量 更新为:其中,Emin为无人机返回能量补给中心消耗的能量,Ebat为每个无人机的满能量值。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(5b)中能量补给中心,是指为无人机提供能量的地面站。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,(5b)中协作无人机服务召回无人机的节点,是指协作无人机扩大覆盖半径至原半径的2倍,召回无人机的每个节点接收协作无人机发出的参考信号,并与协作无人机建立通信链路。