CN110120832A - 一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法 - Google Patents
一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,包括如下步骤:步骤S1、获取计算常数因子、基站‑无人机距离函数、基站‑无人机直达径概率函数因子、基站‑无人机平均路径损耗函数因子;步骤S2、根据“***平均速率最大原则”,获取无人机最佳位置关系式;步骤S3、将步骤S1中的参数代入步骤S2的所得关系式中,利用迭代法获取无人机最佳位置。本发明将缓存技术应用在基于无人机中继的通信***中,当用户请求的内容存在于无人机的缓存单元中时,无人机可以直接传送给用户而无需通过回程链路,不仅降低无人机为用户服务的时延,而且减轻无线回程链路的负载,缓解网络拥塞。
Description
技术领域
本发明属于移动通信技术领域,具体涉及一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法。
背景技术
由于高灵活性和低成本,无人机已经在移动通信领域得到了广泛应用,其中,无人机中继通信是一种具有广阔发展前景的技术,以极大满足未来通无线通信***中多样化和动态的数据需求,特别是发生自然灾害,地面基站遭到破坏的情况下,通过部署无人机来快速恢复受灾地区的通信。然而,无人机只能通过无线回程链路与地面基站建立来为用户提供数据传输服务,由于无线回程链路容量有限,这将会限制无人机的传输速率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,在无人机上配备缓存单元,当用户请求的内容存在于无人机的缓存单元时,无人机可以无需通过回程链路直接将数据传输给用户,从而有效减轻无线回程链路的负载,缓解网络拥塞。
本发明提供一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,***包括地面基站、无人机以及用户,基站、无人机和用户之间配置单根天线,无人机上设有缓存单元,其特征在于,包括如下步骤,
步骤S1、获取***中常数因子A、基站-无人机距离函数s(β)、基站-无人机LoS概率函数因子t(β)、基站-无人机平均路径损耗函数因子g(β),以及由s(β)和g(β)组成的复合函数φ(β);
步骤S2、根据***的平均速率最大原则,确定无人机最佳位置关系式;
步骤S3、将常数因子A、基站-无人机距离函数s(β)、基站-无人机LoS概率函数因子t(β)、基站-无人机平均路径损耗函数因子g(β),以及由s(β)和g(β)组成的复合函数φ(β)代入无人机最佳位置关系式中,再利用迭代法计算无人机最佳位置。
作为本发明的进一步技术方案,基站中存储F个内容,内容序列表示为{1,2,...F},流行度为:f={f1,f2,...fF},其中0≤fi≤1为第i个内容被用户请求的概率,所述内容流行度服从齐夫分布,因此,第i个内容流行度可由齐夫分布得其中ε为齐夫分布参数;所述无人机上设有缓存单元,容量大小为C,在非流量高峰阶段,缓存基站内容库中前C个最流行的内容,因此,无人机缓存命中概率为
进一步的,***的信道模型包含视距链路LoS和非视距链路NLoS,信道增益分别为其中,是自由空间路径损耗,di为基站到无人机的距离/无人机到用户的距离,β∈[0,1],f为载波频率,c为光速,η0和η1分别为由LoS/NLoS导致的额外衰减因子。
进一步的,步骤S1中,基站-无人机距离函数s(β)=h2+(βd)2,
其中,h为无人机的飞行高度,d为基站到目标用户的距离,β∈[0,1];
基站-无人机LoS概率函数为
其中,a、b为环境参数,为基站到无人机间的仰角;则基站-无人机LoS概率函数因子为基站-无人机平均路径损耗为基站-无人机平均路径损耗函数因子为
常数因子为
函数其中,pc为无人机的缓存命中概率,PV为无人机的发射功率,σ2为高斯白噪声功率。
进一步的,步骤S2中,基于***平均速率最大原则的无人机最佳位置关系式为:
进一步的,步骤S3中,计算无人机最佳位置的具体方法为:利用牛顿迭代法计算满足关系式的β,记为β1;将所得的β1作为初始值代入无人机最佳位置关系式,利用迭代法计算出无人机的最佳位置。
本发明基于“***平均速率最大原则”,在基站和用户之间确定无人机最佳位置,有效地提高了***平均速率,提升了用户的服务质量。
与现有方案对比,本方法将缓存技术应用在无人机中继通信中,为无人机配置缓存单元,可以提高无人机的传输速率,减轻无线回程链路的负载,缓解网络拥塞。
附图说明
图1为本发明的流程示意图;
具体实施方式
请参阅图1,本实施例提供一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,***包括地面基站、无人机以及用户,基站、无人机和用户之间配置单根天线,无人机上设有缓存单元,其特征在于,包括如下步骤,
步骤S1、获取***中常数因子A、基站-无人机距离函数s(β)、基站-无人机LoS概率函数因子t(β)、基站-无人机平均路径损耗函数因子g(β),以及由s(β)和g(β)组成的复合函数φ(β);
步骤S2、根据***的平均速率最大原则,确定无人机最佳位置关系式;
步骤S3、将常数因子A、基站-无人机距离函数s(β)、基站-无人机LoS概率函数因子t(β)、基站-无人机平均路径损耗函数因子g(β),以及由s(β)和g(β)组成的复合函数φ(β)代入无人机最佳位置关系式中,再利用迭代法计算无人机最佳位置。
基站中存储F个内容,内容序列表示为{1,2,...F},流行度为:f={f1,f2,...fF},其中0≤fi≤1为第i个内容被用户请求的概率,所述内容流行度服从齐夫分布,因此,第i个内容流行度可由齐夫分布得其中ε为齐夫分布参数;所述无人机上设有缓存单元,容量大小为C,在非流量高峰阶段,缓存基站内容库中前C个最流行的内容,因此,无人机缓存命中概率为
***的信道模型包含视距链路LoS和非视距链路NLoS,信道增益分别为其中,是自由空间路径损耗,di为基站到无人机的距离/无人机到用户的距离,β∈[0,1],f为载波频率,c为光速,η0和η1分别为由LoS/NLoS导致的额外衰减因子。
步骤S1中,基站-无人机距离函数s(β)=h2+(βd)2,
其中,h为无人机的飞行高度,d为基站到目标用户的距离,β∈[0,1];
基站-无人机LoS概率函数为
其中,a、b为环境参数,为基站到无人机间的仰角;则基站-无人机LoS概率函数因子为基站-无人机平均路径损耗为基站-无人机平均路径损耗函数因子为
常数因子为
函数其中,pc为无人机的缓存命中概率,PV为无人机的发射功率,σ2为高斯白噪声功率。
步骤S2中,基于***平均速率最大原则的无人机最佳位置关系式为:
步骤S3中,计算无人机最佳位置的具体方法为:利用牛顿迭代法计算满足关系式的β,记为β1;将所得的β1作为初始值代入无人机最佳位置关系式,利用迭代法计算出无人机的最佳位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解,本发明不受上述具体实施例的限制,上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理,在不脱离本发明精神范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,***包括地面基站、无人机以及用户,基站、无人机和用户之间配置单根天线,无人机上设有缓存单元,其特征在于,包括如下步骤,
步骤S1、获取***中常数因子A、基站-无人机距离函数s(β)、基站-无人机LoS概率函数因子t(β)、基站-无人机平均路径损耗函数因子g(β),以及由s(β)和g(β)组成的复合函数φ(β);
步骤S2、根据***的平均速率最大原则,确定无人机最佳位置关系式;
步骤S3、将常数因子A、基站-无人机距离函数s(β)、基站-无人机LoS概率函数因子t(β)、基站-无人机平均路径损耗函数因子g(β),以及由s(β)和g(β)组成的复合函数φ(β)代入无人机最佳位置关系式中,再利用迭代法计算无人机最佳位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,其特征在于,所述基站中存储F个内容,内容序列表示为{1,2,...F},流行度为:f={f1,f2,...fF},其中0≤fi≤1为第i个内容被用户请求的概率,所述内容流行度服从齐夫分布,因此,第i个内容流行度可由齐夫分布得其中ε为齐夫分布参数;所述无人机上设有缓存单元,容量大小为C,在非流量高峰阶段,缓存基站内容库中前C个最流行的内容,因此,无人机缓存命中概率为
3.根据权利要求1所述的一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,其特征在于,所述***的信道模型包含视距链路LoS和非视距链路NLoS,信道增益分别为其中,是自由空间路径损耗,di为基站到无人机的距离/无人机到用户的距离,β∈[0,1],f为载波频率,c为光速,η0和η1分别为由LoS/NLoS导致的额外衰减因子。
4.根据权利要求1所述的一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,其特征在于,所述步骤S1中,基站-无人机距离函数s(β)=h2+(βd)2,其中,h为无人机的飞行高度,d为基站到目标用户的距离,β∈[0,1];基站-无人机LoS概率函数为其中,a、b为环境参数,为基站到无人机间的仰角;则基站-无人机LoS概率函数因子为基站-无人机平均路径损耗为基站-无人机平均路径损耗函数因子为
常数因子为
函数其中,pc为无人机的缓存命中概率,PV为无人机的发射功率,σ2为高斯白噪声功率。
5.根据权利要求1所述的一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,其特征在于,所述步骤S2中,基于***平均速率最大原则的无人机最佳位置关系式为:
6.根据权利要求1所述的一种基于缓存的无人机中继通信***位置设计方法,其特征在于,所述步骤S3中,计算无人机最佳位置的具体方法为:利用牛顿迭代法计算满足关系式的β,记为β1;将所得的β1作为初始值代入无人机最佳位置关系式,利用迭代法计算出无人机的最佳位置。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110958616A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-03 | 南京邮电大学 | 基于无人机辅助的蜂窝通信***的通信方法 |
CN110996293A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-10 | 北京邮电大学 | 一种无人机的网络部署和资源分配的方法及其*** |
CN112492649A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-12 | 西安邮电大学 | 空中基站无线回传方法、***、存储介质、设备及应用 |
CN115665804A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-01-31 | 昆明理工大学 | 一种协同无人机-智能车群的缓存优化方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017531365A (ja) * | 2014-09-15 | 2017-10-19 | マイクロソフト テクノロジー ライセンシング,エルエルシー | ネットワーク接続性、コンテンツへのアクセス、及び移動体を介する通信の提供 |
US20180248613A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | At&T Mobility Ii Llc | Maintaining antenna connectivity based on communicated geographic information |
CN108615346A (zh) * | 2017-05-05 | 2018-10-02 | 品尼高维斯塔有限责任公司 | 中继无人机*** |
US20180323862A1 (en) * | 2015-04-10 | 2018-11-08 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method, apparatus and system of providing communication coverage to an unmanned aerial vehicle |
CN108966129A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-07 | 南京邮电大学 | 基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法 |
CN109151792A (zh) * | 2018-07-09 | 2019-01-04 | 京信通信***(中国)有限公司 | 应急通信方法、装置、计算机存储介质及设备 |
-
2019
- 2019-05-10 CN CN201910388943.9A patent/CN110120832B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017531365A (ja) * | 2014-09-15 | 2017-10-19 | マイクロソフト テクノロジー ライセンシング,エルエルシー | ネットワーク接続性、コンテンツへのアクセス、及び移動体を介する通信の提供 |
US20180323862A1 (en) * | 2015-04-10 | 2018-11-08 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method, apparatus and system of providing communication coverage to an unmanned aerial vehicle |
US20180248613A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | At&T Mobility Ii Llc | Maintaining antenna connectivity based on communicated geographic information |
CN108615346A (zh) * | 2017-05-05 | 2018-10-02 | 品尼高维斯塔有限责任公司 | 中继无人机*** |
CN109151792A (zh) * | 2018-07-09 | 2019-01-04 | 京信通信***(中国)有限公司 | 应急通信方法、装置、计算机存储介质及设备 |
CN108966129A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-07 | 南京邮电大学 | 基于无人机中继网络的最佳高度与位置的联合优化方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
MINGZHE CHEN 等: "Caching in the Sky: Proactive Deployment of Cache-Enabled Unmanned Aerial Vehicles for Optimized Quality-of-Experience", 《 IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS》 * |
WEI WEI 等: "Optimal relay placement for UAV-assisted wireless regenerative communication system", 《2017 13TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NATURAL COMPUTATION, FUZZY SYSTEMS AND KNOWLEDGE DISCOVERY (ICNC-FSKD)》 * |
XIAOLI XU 等: "Overcoming Endurance Issue: UAV-Enabled Communications With Proactive Caching", 《IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS》 * |
佚名: "克服持久性问题:预先缓存的无人机(UAV)辅助通信", 《无线电通信技术》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110958616A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-03 | 南京邮电大学 | 基于无人机辅助的蜂窝通信***的通信方法 |
CN110996293A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-10 | 北京邮电大学 | 一种无人机的网络部署和资源分配的方法及其*** |
CN112492649A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-12 | 西安邮电大学 | 空中基站无线回传方法、***、存储介质、设备及应用 |
CN115665804A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-01-31 | 昆明理工大学 | 一种协同无人机-智能车群的缓存优化方法 |
CN115665804B (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-14 | 昆明理工大学 | 一种协同无人机-智能车群的缓存优化方法 |
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