無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),因其較高的移動(dòng)性、部署的靈活性和較低的操作功耗等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于軍事、公用和民用領(lǐng)域。無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)助無線通信網(wǎng)絡(luò),提供無處不在的覆蓋,是關(guān)鍵應(yīng)用之一。由于UAV有限的能量,系統(tǒng)將逐漸出現(xiàn)能量耗盡的UAV,導(dǎo)致指定區(qū)域通信中斷,影響系統(tǒng)生存時(shí)間。設(shè)置能量補(bǔ)給站,為UAV提供能量是可行的方案。但是,為了保障指定區(qū)域節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS),確定UAV的召回時(shí)刻時(shí),需要限制同時(shí)返回補(bǔ)給站的UAV數(shù)目。所以,UAV的補(bǔ)給能量調(diào)度是一個(gè)值得研究的問題。本文針對(duì)UAV系統(tǒng)不能為指定區(qū)域提供持續(xù)的無線服務(wù)以及UAV的召回時(shí)刻相互影響的問題,提出具有剩余能量感知功能的UAV補(bǔ)給能量調(diào)度方案。本文通過確定UAV的召回時(shí)刻,保障系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)能量耗盡的UAV,延長(zhǎng)UAV系統(tǒng)生存時(shí)間;為了保障指定區(qū)域的服務(wù)質(zhì)量,本文采用提前最少時(shí)間片數(shù)目原則調(diào)整UAV的召回時(shí)刻,有效限制同一時(shí)間召回的UAV數(shù)目,避免了UAV之間影響,而且減少了提前的時(shí)間片數(shù)目,降低了系統(tǒng)能耗;本文采用空閑UAV替換召回UAV和鄰居UAV協(xié)作傳輸策略,保障召回UAV節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量,避免指定區(qū)域通信中斷。首先,考慮到UAV的剩余能量和耗能速度對(duì)UAV生存時(shí)間的影響,本文以最大化每個(gè)時(shí)間片結(jié)束時(shí)刻系統(tǒng)的剩余能量為目標(biāo)函數(shù),建立數(shù)學(xué)模型;然后,通過對(duì)目標(biāo)函數(shù)的分析和化簡(jiǎn),提出啟發(fā)式調(diào)度方案。在UAV功率固定,系統(tǒng)存在空閑UAV的條件下,本文根據(jù)UAV的剩余能量和耗能速度確定預(yù)召回UAV集合和預(yù)召回時(shí)刻,保障系統(tǒng)中UAV具有足夠能量提供服務(wù);根據(jù)系統(tǒng)中UAV的生存時(shí)間初始化調(diào)度窗口,延后調(diào)度過程開始時(shí)刻,最大化系統(tǒng)剩余能量;考慮指定區(qū)域的QoS,本文采用提前最少時(shí)間片數(shù)目原則調(diào)整UAV召回時(shí)刻,避免UAV之間的影響的同時(shí),減少了UAV提前召回的時(shí)間片數(shù)目,達(dá)到減小系統(tǒng)能耗的目的;采用空閑UAV替換召回UAV,保障節(jié)點(diǎn)的速率要求,得到基于空閑UAV替換的UAV補(bǔ)給能量調(diào)度方案。針對(duì)功率可調(diào)的智能UAV,本文利用鄰居UAV調(diào)整功率,擴(kuò)大覆蓋范圍,組成召回UAV的協(xié)作簇,為節(jié)點(diǎn)提供服務(wù),提出基于協(xié)作傳輸?shù)腢AV補(bǔ)給能量調(diào)度方案。最后,通過仿真和性能分析,證明本文算法在保障覆蓋區(qū)域不間斷服務(wù)的前提下,延長(zhǎng)了系統(tǒng)生存時(shí)間,減少了UAV系統(tǒng)能耗。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 UAV網(wǎng)絡(luò)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)
    1.3 論文選題及意義
    1.4 本文的主要工作及論文結(jié)構(gòu)
第二章 UAV網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論
    2.1 UAV能耗模型及空地信道模型分析
        2.1.1 UAV能耗模型分析
        2.1.2 空地信道模型分析
    2.2 UAV的3維節(jié)能部署策略研究現(xiàn)狀
    2.3 UAV網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)給能量調(diào)度方案研究現(xiàn)狀
    2.4 無線可充電網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)給能量調(diào)度方案研究現(xiàn)狀
    2.5 本章小結(jié)
第三章 基于空閑UAV替換的UAV補(bǔ)給能量調(diào)度方案
    3.1 系統(tǒng)場(chǎng)景及術(shù)語說明
        3.1.1 系統(tǒng)場(chǎng)景
        3.1.2 術(shù)語說明
    3.2 UAV能耗模型分析
    3.3 現(xiàn)有的UAV補(bǔ)給能量調(diào)度方法
        3.3.1 系統(tǒng)建模
        3.3.2 UAV依概率補(bǔ)給能量調(diào)度方案
    3.4 基于空閑UAV替換的UAV補(bǔ)給能量調(diào)度方案
        3.4.1 UAV補(bǔ)給能量調(diào)度問題的建模
        3.4.2 目標(biāo)函數(shù)的求解
        3.4.3 基于空閑UAV替換的UAV補(bǔ)給能量調(diào)度方案
        3.4.4 仿真結(jié)果和分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于協(xié)作傳輸?shù)腢AV補(bǔ)給能量調(diào)度方案
    4.1 引言
    4.2 UAV能耗模型分析及系統(tǒng)建模
    4.3 候選協(xié)作簇的構(gòu)建
        4.3.1 候選協(xié)作UAV集合的構(gòu)建
        4.3.2 候選協(xié)作簇的構(gòu)建
    4.4 UAV補(bǔ)給能量調(diào)度問題求解
        4.4.1 給定預(yù)召回時(shí)刻,確定活躍UAV的協(xié)作狀態(tài)
        4.4.2 給定UAV狀態(tài),調(diào)整召回時(shí)刻
    4.5 基于協(xié)作傳輸?shù)腢AV補(bǔ)給能量調(diào)度方案
    4.6 仿真分析及性能評(píng)估
    4.7 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 研究結(jié)論
    5.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介

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本文編號(hào)：2842871