一种应用于无人机群巡检中的数据传输方法及装置与流程

本发明涉及通信，尤其涉及一种应用于无人机群巡检中的数据传输方法及装置。

背景技术：

1、随着电子技术的普及，无人机的应用领域也逐渐广阔，尤其是在目标巡检领域。为了提高巡检效率，巡检过程中普遍采用无人机群的方式替换单一无人机的巡检方式。

2、例如，专利文献(cn116027807a)公开了一种异构无人机群协同电力巡检方法，包括以下步骤：步骤1，建立多目标优化的任务分配模型，包括异构无人机群模型和电力装置巡检任务模型；步骤2，建立异构无人机巡检任务的代价函数，包括异构无人机巡检任务收益和异构无人机巡检任务损失；步骤3，基于蒙特卡洛树搜索算法，求解最优代价函数，得到每个无人机的任务序列；步骤4，利用已有的航迹规划算法对每个无人机的航迹进行规划。

3、再如，专利文献(cn110989678a)提出了一种基于多无人机的油田巡检定点数据采集方法，油田巡查系统从领航无人机接收到的引导请求信号，接收到引导信号的无人机群根据自动飞行引导信号设置的油田巡查点进行自动飞行；所述无人机群根据在到达引导信号设置的一个巡查点后重新选定一个领航无人机并设置下一个巡查点的坐标，新生成的领航无人机发送新的引导信号，从原无人机群分离出部分无人机前往新巡查点，其余无人机于当前巡查点执行数据采集工作，云服务器通过无线网络接收到所述无人机采集的数据并绘制为适用于gis地图的图像，所述图像包括：二维图像和三维图像；管理者通过移动终端与云服务器连接，查看巡查点的图像信息并发送管控油田管控指令。

4、上述方法采用无人机群进行巡检，虽然能够大幅度提高无人机巡检的效率，但是无人机群在执行数据传输的过程中，易出现链路拥塞的问题，使得数据传输的效率不高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种应用于无人机群巡检中的数据传输方法及装置，能够有效提高无人机群巡检时数据传输的效率。

2、一种应用于无人机群巡检中的数据传输方法，根据无人机群所巡检的区域构建通信网络拓扑结构，所述传输方法包括：

3、构建数据缓存队列；

4、作为中继节点的当前无人机节点实时获取待传输数据并缓存至所述数据缓存队列中；

5、根据所述数据缓存队列的相关参数预测所述数据缓存队列的拥塞程度；

6、当预测所述数据缓存队列为极易发生拥塞或者可能产生拥塞时，基于干扰缓解和资源分配对所述待传输数据的传输总时延进行优化，获得最小传输总时延；

7、采用所述最小传输总时延进行数据传输。

8、进一步地，所述通信网络拓扑结构包括：无人机群、目标节点、源节点以及基站。

9、进一步地，所述相关参数包括缓存队列长度、数据到达率、数据通过率、数据转发率和数据处理周期以及缓冲区拥塞阈值；

10、根据所述数据缓存队列的相关参数预测所述数据缓存队列的拥塞程度，包括：

11、根据所述缓存队列长度、数据到达率、数据通过率、数据转发率和数据处理周期计算当前时刻的数据缓存队列中的数据长度；

12、若当前时刻的数据转发率大于或等于所述数据到达率和数据通过率之和，则确定所述数据缓存队列的拥塞程度为不发生拥塞；

13、若当前时刻的数据转发率小于所述数据到达率和数据通过率之和，且前时刻的数据缓存队列中的数据长度小于所述缓冲区拥塞阈值时，确定所述数据缓存队列的拥塞程度为可能产生拥塞；

14、若当前时刻的数据转发率小于所述数据到达率和数据通过率之和，且前时刻的数据缓存队列中的数据长度大于或等于所述缓冲区拥塞阈值时，确定所述数据缓存队列的拥塞程度为极易发生拥塞。

15、进一步地，基于干扰缓解对所述待传输数据的传输总时延进行优化，包括：

16、采用复指数函数的正交性还原所述待传输数据。

17、进一步地，基于资源分配对所述待传输数据的传输总时延进行优化，获得最小传输总时延，包括：

18、确定当前无人机节点与目标节点的传输总时延；

19、建立时延优化模型，所述时延优化模型以最小化所述传输总时延为目标，求解所述时延优化模型的最优解获得最小传输总时延。

20、进一步地，确定当前无人机节点与目标节点的传输总时延，包括：

21、确定当前无人机节点通信链路的信道增益以及基站的信道增益；

22、根据当前无人机节点通信链路的信道增益、基站的信道增益、待传输数据大小、分配的带宽、无人机的传输功率以及噪声功率谱密度，确定源节点到当前无人机节点的第一传输时延，以及当前无人机节点到目标节点的第二传输时延；

23、将第一传输时延和第二传输时延之和作为所述传输总时延。

24、进一步地，所述传输总时延通过以下公式进行计算：

25、

26、

27、

28、其中，t为传输总时延，为第一传输时延，表示第二传输时延，dn表示源节点到无人机节点的传输数据大小，wn表示分配的带宽，pn表示当前无人机节点的传输功率，hn表示当前无人机节点通信链路的信道增益，hs,t表示基站的信道增益，ps表示源节点的传输功率，σ2表示噪声功率谱密度。

29、进一步地，所述时延优化模型基于固定的通信链路的带宽，采用交替优化算法求解无人机传输功率的最优解。

30、进一步地，所述时延优化模型基于确定的无人机传输功率的最优解，采用拉格朗日函数和kkt条件求解通信链路的带宽的最优解；

31、根据无人机传输功率的最优解和通信链路的带宽的最优解获得所述最小传输总时延。

32、一种应用于无人机群巡检中的数据传输装置，根据无人机群所巡检的区域构建通信网络拓扑结构，所述传输装置包括：

33、构建模块，用于构建数据缓存队列；

34、获取模块，用于实时获取待传输数据并缓存至所述数据缓存队列中；

35、预测模块，用于根据所述数据缓存队列的相关参数预测所述数据缓存队列的拥塞程度；

36、优化模块，用于当预测所述数据缓存队列为极易发生拥塞或者可能产生拥塞时，基于干扰缓解和资源分配对所述待传输数据的传输总时延进行优化，获得最小传输总时延；

37、传输模块，用于采用所述最小传输总时延进行数据传输。

38、进一步地，所述通信网络拓扑结构包括：无人机群、目标节点、源节点以及基站。

39、进一步地，所述相关参数包括缓存队列长度、数据到达率、数据通过率、数据转发率和数据处理周期以及缓冲区拥塞阈值；

40、进一步地，所述预测模块根据所述数据缓存队列的相关参数预测所述数据缓存队列的拥塞程度，包括：

41、根据所述缓存队列长度、数据到达率、数据通过率、数据转发率和数据处理周期计算当前时刻的数据缓存队列中的数据长度；

42、若当前时刻的数据转发率大于或等于所述数据到达率和数据通过率之和，则确定所述数据缓存队列的拥塞程度为不发生拥塞；

43、若当前时刻的数据转发率小于所述数据到达率和数据通过率之和，且前时刻的数据缓存队列中的数据长度小于所述缓冲区拥塞阈值时，确定所述数据缓存队列的拥塞程度为可能产生拥塞；

44、若当前时刻的数据转发率小于所述数据到达率和数据通过率之和，且前时刻的数据缓存队列中的数据长度大于或等于所述缓冲区拥塞阈值时，确定所述数据缓存队列的拥塞程度为极易发生拥塞。

45、进一步地，所述优化模块基于干扰缓解对所述待传输数据的传输总时延进行优化，包括：

46、采用复指数函数的正交性还原所述待传输数据。

47、进一步地，所述优化模块基于资源分配对所述待传输数据的传输总时延进行优化，获得最小传输总时延，包括：

48、确定当前无人机节点与目标节点的传输总时延；

49、建立时延优化模型，所述时延优化模型以最小化所述传输总时延为目标，求解所述时延优化模型的最优解获得最小传输总时延。

50、进一步地，所述优化模块确定当前无人机节点与目标节点的传输总时延，包括：

51、确定当前无人机节点通信链路的信道增益以及基站的信道增益；

52、根据当前无人机节点通信链路的信道增益、基站的信道增益、待传输数据大小、分配的带宽、无人机的传输功率以及噪声功率谱密度，确定源节点到当前无人机节点的第一传输时延，以及当前无人机节点到目标节点的第二传输时延；

53、将第一传输时延和第二传输时延之和作为所述传输总时延。

54、进一步地，所述传输总时延通过以下公式进行计算：

55、

56、

57、

58、其中，t为传输总时延，为第一传输时延，表示第二传输时延，dn表示源节点到无人机节点的传输数据大小，wn表示分配的带宽，pn表示当前无人机节点的传输功率，hn表示当前无人机节点通信链路的信道增益，hs,t表示基站的信道增益，ps表示源节点的传输功率，σ2表示噪声功率谱密度。

59、进一步地，所述时延优化模型基于固定的通信链路的带宽，采用交替优化算法求解无人机传输功率的最优解。

60、进一步地，所述时延优化模型基于确定的无人机传输功率的最优解，采用拉格朗日函数和kkt条件求解通信链路的带宽的最优解；

61、根据无人机传输功率的最优解和通信链路的带宽的最优解获得所述最小传输总时延。

62、本发明提供的应用于无人机群巡检中的数据传输方法及装置，至少包括如下有益效果：

63、(1)对无人机数据传输过程中的拥塞程度进行判断，根据判断结果优化数据传输的总时延，有效实现对通信资源的最优调度，进而提高无人机群的数据传输效率；

64、(2)基于干扰缓解和资源分配对待传输数据的传输总时延进行优化，算法简单，实时性强，进一步提高无人机群的数据传输效率。