利索能及
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专利号: 2024110896955
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)建立无人机支持的SWIPT无线传感网络保密通信模型;

(2)构建保密能效EE优化问题包括构建目标函数,设置约束条件;

(3)采用基于丁克尔巴赫方法以及连续凸优化方法的迭代算法将EE优化问题拆分为4个子问题并转化,然后依次迭代求解;其中4个问题包括:功率分割比优化问题、无人机轨迹规划问题、干扰无人机 轨迹规划问题以及无人机 发射功率优化问题。

2.根据权利要求1所述的一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,步骤(1)具体如下:无人机在有限飞行时间 内为地面上的传感器节点SN提供服务,记为 ,干扰无人机向地面窃听方Eve发送干扰信息,记为 ,其中,无人机记为 ,干扰无人机记为 ;设干扰无人机 发送的干扰信息对 是已知的;作为空中发射机,无人机 向地面的 个SN进行信息和能量的同时传输,同时地面的窃听方Eve会从SNs中窃取机密信息;其中,只有一个窃听方Eve;将飞行时间 等分为 个相等间隔的时隙,记为 ,每个时隙的长度为 ,建立三维笛卡尔坐标系,其中,设所有UAV的飞行高度都固定为 ,而水平位置则由于UAV的移动是变化的,无人机 在地面上的投影轨迹表示为 ,干扰无人机 的地面投影轨迹为,则时隙 处 和 的水平位置分别表示为 ,;则两个UAV的水平飞行速度为 和

,两者的最大飞行速度均不超过 且初始位置和最终位置都是预先设定好的, 的初始位置和最终位置设置为 和 ,而 的初始位置和最终位置设置 和 ,SN的位置为 ,Eve的位置为 。

3.根据权利要求1所述的一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,步骤(2)具体如下:将 , , ,分别表示功率分割比、无人机 的轨迹、干扰无人机 的轨迹以及无人机 的发射功率,通过联合优化功率分割比 、无人机 轨迹 、干扰无人机 轨迹 以及无人机 发射功率 来使系统的保密能效EE达到最大;设,表示单一时隙中UAV的最远水平飞行距离,实现的总保密容量为表示;将EE设定为系统的最小保密容量与能耗的比值,得到;保密能效EE优化问题

的数学公式如下:

其中, 表示保密容量最低要求, 、 、 、 分别代表功率分割比、无人机 轨迹、干扰无人机 轨迹以及无人机 发射功率,为在时隙 处系统的总功耗, 为 到SN的可达速率, 为与Eve之间的传输速率, 为第 个SN的瞬时收获功率,表示第 个SN, 是无人机整个飞行周期被分成的时隙数总和,是SN的最小平均收获能量, 代表SN对接收到的信号进行信息解码的比例,指的是所处的第 个时隙, 表示 在时隙 处对SN的传输功率, 则为 的最大传输功率, 与 代表的是在第 个时隙以及第 个时隙处 的位置, 和 分别表示 的初始位置以及最终位置, 与 分别代表 在第 个时隙以及第 个时隙处的位置,则 和 分别是 的初始和最终位置;其中:;

其中, 与 分别表示无人机叶片轮廓功率和转子叶片的尖端速度, 与分别为 和 的水平飞行速度,则代表机身阻力,指的是空气密度,为转子固度,是转子圆盘面积,表示无人机的诱导功率, 代表无人机处于悬停状态下的平均转子诱导速度, 是 发送干扰信号的功率;是信道带宽, 是时隙 处第 个SN与UAV1之间的信道功率增益, 是噪声功率谱密度; 是 与Eve之间的信道增益, 是 与Eve之间的信道增益。

4.根据权利要求1所述的一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,功率分割比优化问题具体如下:给定任意 轨迹、干扰无人机 轨迹与发射功率,目标函数为:;

约束条件包括:满足保密容量要求、每个SN的平均收获能量不得低于 ,其中, 、的取值范围。

5.根据权利要求1所述的一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,无人机 轨迹规划问题具体如下:给定任意功率分割比、干扰无人机轨迹与无人机 发射功率,目标函数为:;

约束条件包括:满足保密容量要求、每个SN的平均收获能量不得低于 ,其中,  、无人机 的轨迹约束。

6.根据权利要求1所述的一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,干扰无人机 轨迹规划问题具体如下:给定任意功率分割比、无人机轨迹和 发射功率,则得出 轨迹规划问题:;

约束条件包括:满足保密容量要求、 的轨迹约束。

7.根据权利要求1所述的一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法,其特征在于,无人机 发射功率优化问题具体如下:给定任意功率分割比和无人机的轨迹、干扰无人机 的轨迹,则无人机 发射功率的问题表示为:;

约束条件包括:满足保密容量要求、每个SN的平均收获能量不得低于 ,其中, 、对传输功率的限制约束。