空地协同下的无线数据卸载方法、装置、设备及存储介质与流程

本申请实施例涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种空地协同下的无线数据卸载方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

随着无线通信的快速发展，小型无人飞行器有了广泛的应用场景，比如遥感、数据中继和通信连接维护等。从无线通信的角度来看，使用无人机的主要优势是它们与其他通信节点可以大概率保持视距传输，从而减轻了城市或山区地形严重遮蔽带来的问题，除此之外，低成本，高灵活性和易于调度等特性也使小型无人机成为辅助通信的理想选择。

在无人机辅助无线通信的应用中，为了实现无人机的下行传输，每个无人机运营商必须购买宏基站管理器授权的一定数量的带宽。然而，宏基站的总可用带宽是有限的，并且向无人机出售总带宽的一部分可能会损害宏基站的通信容量。因此，在保证宏基站的正常运行下，如何实现激励无人机运营商参与无线数据卸载，缓解数据拥塞，实现社会福利最大化，更好地为移动用户提供服务，是无人机辅助无线通信中的难点之一。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种空地协同下的无线数据卸载方法、装置、设备及存储介质。

本申请实施例第一方面提供一种空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法，所述方法包括：

宏基站管理器为各个具有不同用户数的无人机分配信道；

计算并记录在总可用信道数一定的情况下，为各个无人机分配不同信道数时，已被分配信道的所有无人机在不计成本情况下的总收益最大可能值；

当对所有无人机进行带宽资源分配完毕后，对所有无人机的发射功率、发射频率以及无线数据卸载顺序进行联合优化，计算所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值；

所述宏基站管理器根据所有无人机在不计成本情况下的总收益最大值，按无人机占用带宽资源从少到多的顺序，计算出每个无人机的占用信道数，并根据每个无人机的占用信道数计算出相应的频谱售价；

将所述宏基站管理器计算出的不同用户数的无人机的占用带宽资源、发射功率、发射频率、数据卸载顺序以及频谱售价确定为无线数据卸载方案。

可选地，在对所有无人机的发射功率、发射频率以及无线数据卸载顺序进行联合优化之前，还包括：

对所有无人机的发射频率进行优化，具体包括：

根据每架无人机分配到的带宽资源并结合不同频率段带宽的实际使用情况，为每架无人机选择发射频率，若某架无人机分配到的带宽资源越多，则为该架无人机选择越空闲的发射频率段。

可选地，所述对所有无人机的发射功率、发射频率以及无线数据卸载顺序进行联合优化，得到所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值，包括：

对无人机的无线数据卸载顺序进行枚举，对每一种无线数据卸载顺序，利用拉格朗日乘子法优化每个无人机的发射功率，计算每一种顺序所对应的所有无人机无线数据卸载的成本总值，当所述所有无人机无线数据卸载的成本总值最低时，根据成本总值最低时所对应的卸载顺序以及每个无人机的发射功率和发射频率，得到所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值。

可选地，在所述宏基站管理器为无人机分配信道之前，还包括：

所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序给具有不同用户数的无人机排序；

所述宏基站管理器为无人机分配信道，包括：

所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序为各个具有不同用户数的无人机分配信道。

本申请实施例第二方面提供一种空地协同下的无线数据卸载方案的确定装置，所述装置包括：

信道分配模块，被配置为宏基站管理器为各个具有不同用户数的无人机分配信道；

计算与记录模块，被配置为计算并记录在总可用信道数一定的情况下，为各个无人机分配不同信道数时，已被分配信道的所有无人机在不计成本情况下的总收益最大可能值；

优化模块，被配置为当对所有无人机进行带宽资源分配完毕后，对所有无人机的发射功率、发射频率以及无线数据卸载顺序进行联合优化，计算所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值；

售价计算模块，被配置为所述宏基站管理器根据所有无人机在不计成本情况下的总收益最大值，按无人机占用带宽资源从少到多的顺序，计算出每个无人机的占用信道数，并根据每个无人机的占用信道数计算出相应的频谱售价；

方案确定模块，被配置为确定所述宏基站管理器计算出的不同用户数的无人机的占用带宽资源、发射功率、发射频率、数据卸载顺序以及频谱售价组成无线数据卸载方案。

可选地，所述优化模块包括：

发射频率优化模块，被配置为根据每架无人机分配到的带宽资源并结合不同频率段带宽的实际使用情况，为每架无人机选择发射频率，若某架无人机分配到的带宽资源越多，则为该架无人机选择越空闲的发射频率段。

可选地，所述优化模块还包括：

发射功率优化模块，被配置为对无人机的无线数据卸载顺序进行枚举，对每一种无线数据卸载顺序，利用拉格朗日乘子法优化每个无人机的发射功率；

子优化模块，被配置为计算每一种顺序所对应的所有无人机无线数据卸载的成本总值，当所述所有无人机无线数据卸载的成本总值最低时，根据所对应的卸载顺序以及每个无人机的发射功率和发射频率，即得到所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值。

可选地，所述装置还包括：

排序模块，被配置为所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序给具有不同用户数的无人机排序；

所述信道分配模块包括：

信道分配子模块，被配置为所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序为各个具有不同用户数的无人机分配信道。

本申请实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现本申请第一方面所述的方法中的步骤。

本申请实施例第四方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本申请第一方面所述的方法中的步骤。

采用本申请提供的空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法，本发明通过确定一套总收益最大的无线数据卸载方案，可以激励有不同利益需求的无人机运营商和宏基站管理器更好的参与数据卸载，以缓解数据拥塞问题，提高数据卸载效率。

本发明设计了一种空地协同下的无线数据卸载方案，该方案以最大化社会福利为目标，可以同时激励双方参与数据卸载，可以更好的为移动用户提供数据服务，在发明中还考虑了不同无人机运营商的不同需求，制定了不同的无线数据卸载方案，使得此合同设计方案更加适用于真实场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提出的空地协同下的无线数据卸载方案的场景应用示意图；

图2是本申请一实施例提出的空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法的流程图；

图3是本申请一实施例提出的空地协同下的无线数据卸载方案的确定装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1，图1是本申请一实施例提出的空地协同下的无线数据卸载方案的场景应用示意图；如图1所示，包括一个宏基站、多台无人机以及多个移动用户，该场景为一个宏基站管理器管理一个宏基站，不同的无人机运营商拥有的多个启用小小区基站无人机，每个无人机拥有各自的移动用户，宏基站管理器与无人机运营商之间进行交易，即无人机运营商向宏基站管理器付款，购买宏基站管理器授权的一定数量的带宽。图1中的宏基站下行链路是指宏基站到无人机的通信链路，无人机下行链路是指无人机到用户的通信链路，管理关系是指宏基站管理器与宏基站之间具有管理关系，无人机运营商与无人机之间具有管理关系。数据从宏基站下行链路卸载到无人机，然后从无人机下行链路卸载到移动用户。

参考图2，图2是本申请一实施例提出的空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法的流程图。如图2所示，该方法应用于上述场景，包括以下步骤：

在步骤s1中，宏基站管理器为各个具有不同用户数的无人机分配信道。

在本实施例中，由于各个无人机需要获得宏基站管理器授权后的信道后才能进行无线数据的传输，因此宏基站管理器需要为各个无人机分配信道，而每个无人机拥有的移动用户数一般是不相同的，因此宏基站管理器为无人机分配信道数时，拥有较多用户数的无人机则需要更多的信道数。

在另一个可行的实施例中，在所述宏基站管理器为无人机分配信道之前，所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序给具有不同用户数的无人机排序。宏基站管理器对无人机按照占用宽带资源的多少进行排序主要是为了方便分配信道数，占用的带宽资源越多则代表这个无人机的传输能力越强，一般需要分配较多的信道数。

在本申请另一个实施例中，所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序为各个具有不同用户数的无人机分配信道。由于占用的带宽资源越多则代表这个无人机的传输能力越强，根据以往的经验，则其需要分配的信道数越多，宏基站管理器按照无人机占用带宽资源多少的顺序进行信道分配，可以使信道数的分配更加合理，有利于提升无人机的数据卸载能力，信道数的多少即代表了带宽资源的多少。

在步骤s2中，计算并记录在总可用信道数一定的情况下，为各个无人机分配不同信道数时，已被分配信道的所有无人机在不计成本情况下的总收益最大可能值。

在本实施例中，由于宏基站的总可用带宽是一定的，在分配给无人机带宽时，需保证分配一定带宽给无人机后不会损害宏基站的通信容量，因此分配给无人机的带宽也是一定的，分配给无人机的带宽是由宏基站的总带宽，以及保证宏基站正常通信容量的最低带宽所共同决定的。因此，分配给各个无人机分配信道总数也是一定的，而给不同的无人机分配不同的信道数，所带来的总收益是不一定的，为了达到资源的最大化利用，更好地进行无线数据卸载，需要寻求一种最佳的信道分配方案。因此，在为各个无人机分配不同信道数时，计算并记录已被分配信道的所有无人机在不计成本情况下的总收益最大可能值，总收益最大可能值是一个累加的值，可用如下表达式表示：

p为总收益最大可能值，si为已被分配信道的无人机的总收益值。上述的总收益是指无人机在被授权带宽后可以帮助进行数据卸载的用户总数，上述的不计成本情况是指不考虑每个被分配信道的无人机具体功率消耗的情况。

在步骤s3中，当对所有无人机进行带宽资源分配完毕后，对所有无人机的发射功率、发射频率以及无线数据卸载顺序进行联合优化，计算所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值。

在本实施例中，在为各个无人机分配完毕带宽资源后，需要优化无人机的发射功率以及发射频率，由于不同无人机所服务的移动用户的数量不同，且每个无人机占用的带宽资源不一样，则需要为每个无人机匹配相对应的发射功率和发射频率，而且由于不同的无人机会共用一个信道，在进行数据卸载时，需要确定卸载的顺序。每个无人机采用的发射功率和频率不一样，以及无人机数据卸载顺序的不同，都会导致所有无人机的总收益不一致，因此，对无人机的无线数据卸载顺序、无人机的发射功率以及发射频率进行联合优化，使得无人机在不计成本情况下的总收益最大。

在本申请另一个实施例中，在对无人机的无线数据卸载顺序进行优化时，采用枚举法，即对无人机的无线数据卸载顺序进行枚举，对每一种无线数据卸载顺序，利用拉格朗日乘子法优化每个无人机的发射功率，计算出每一种顺序所对应的所有无人机无线数据卸载的成本总值，当所述所有无人机无线数据卸载的成本总值最低时，根据所对应的卸载顺序以及每个无人机的发射功率和发射频率，即得到所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值。所述成本总值是指：所有无人机的总功率消耗。

在一个具体的实施方案中，设每架无人机k需要给n个用户进行数据卸载，无人机总功率为pk,对每个用户的传输功率为pk,n则该问题可建模为:

其中rth为用户期望达到的最低数据速率,k为无人机的总个数，代表路径损耗，g代表发射端和接收端总的天线增益，σ²代表信道的噪声功率。

然后利用拉格朗日乘子法对上述模型进行求解。将枚举的无线数据卸载顺序中所有无人机的最小成本进行比对，找出其中成本最小的方案，即为最后确定的无人机数据卸载顺序和功率分配方案，由此得到所有无人机总收益的最大值，该处的成本是指无人机总的功率损耗。

在本申请另一个实施例中，在对所有无人机的发射功率以及无线数据卸载顺序进行联合优化之前，对所有无人机的发射频率进行优化，具体包括：

根据每架无人机分配到的带宽资源并结合不同频率段带宽的实际使用情况，为每架无人机选择发射频率，其中，若某架无人机分配到的带宽资源越多，则为该架无人机选择较越空闲的发射频率段。

在步骤s4中，所述宏基站管理器根据所有无人机在不计成本情况下的总收益最大值，计算出每个无人机的占用信道数，并根据每个无人机的占用信道数计算出相应的频谱售价。

无人机的每一套信道数分配、数据卸载顺序、发射功率和发射频率方案都对应有一个不计成本情况下的总收益值，因此无人机在不计成本情况下的总收益最大值也对应着一套具体的数据卸载方案，即每个无人机的信道数分配、无人机的数据卸载顺序以及发射功率和发射频率都是确定的，根据所述总收益最大值，即可确定每个无人机的占用信道数，根据占用信道数即可确定相应的频谱数，频谱数即是指总带宽，每个信道会占用一定的带宽量，设每个信道占x的带宽，一共有n个信道，那么占用的总带宽(频谱数)就是x*n，然后根据频谱单价，即可算出每个无人机相应的频谱售价。

将所述宏基站管理器计算出的不同用户数的无人机的占用带宽资源、发射功率、发射频率、数据卸载顺序以及频谱售价确定为无线数据卸载方案。

在本申请另一个实施例中，所述宏基站管理器根据所有无人机在不计成本情况下的总收益最大值，按无人机占用带宽资源从少到多的顺序，计算出每个无人机的占用信道数，并根据每个无人机的占用信道数计算出相应的频谱售价。

基于同一发明构思，本申请一实施例提供一种空地协同下的无线数据卸载方案的确定装置。参考图3，图3是本申请一实施例提出的空地协同下的无线数据卸载方案的确定装置的示意图。如图3所示，该装置包括：

信道分配模块，被配置为宏基站管理器为各个具有不同用户数的无人机分配信道；

计算与记录模块，被配置为计算并记录在总可用信道数一定的情况下，为各个无人机分配不同信道数时，已被分配信道的所有无人机在不计成本情况下的总收益最大可能值；

优化模块，被配置为当对所有无人机进行带宽资源分配完毕后，对所有无人机的发射功率、发射频率以及无线数据卸载顺序进行联合优化，计算所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值；

售价计算模块，被配置为所述宏基站管理器根据所有无人机在不计成本情况下的总收益最大值，按无人机占用带宽资源从少到多的顺序，计算出每个无人机的占用信道数，并根据每个无人机的占用信道数计算出相应的频谱售价；

方案确定模块，被配置为确定所述宏基站管理器计算出的不同用户数的无人机的占用带宽资源、发射功率、发射频率、数据卸载顺序以及频谱售价组成无线数据卸载方案。

可选地，所述优化模块包括：

发射频率优化模块，被配置为根据每架无人机分配到的带宽资源并结合不同频率段带宽的实际使用情况，为每架无人机选择发射频率，若某架无人机分配到的带宽资源越多，则为该架无人机选择越空闲的发射频率段。

可选地，所述优化模块还包括：

发射功率优化模块，被配置为对无人机的无线数据卸载顺序进行枚举，对每一种无线数据卸载顺序，利用拉格朗日乘子法优化每个无人机的发射功率；

子优化模块，被配置为计算每一种顺序所对应的所有无人机无线数据卸载的成本总值，当所述所有无人机无线数据卸载的成本总值最低时，根据所对应的卸载顺序以及每个无人机的发射功率和发射频率，即得到所有无人机在不计成本情况下总收益的最大值。

可选地，所述装置还包括：

排序模块，被配置为所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序给具有不同用户数的无人机排序；

所述信道分配模块包括：

信道分配子模块，被配置为所述宏基站管理器按占用带宽资源从多到少的顺序为各个具有不同用户数的无人机分配信道。

基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请上述任一实施例所述的一种空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法中的步骤。

基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行时实现本申请上述任一实施例所述的一种空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法中的步骤。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种一种空地协同下的无线数据卸载方案的确定方法、装置、设备及存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。