本技术涉及无人机调度技术领域,具体涉及一种基于强化学习的灾区应急无人机组网方法,包括:将无人机视为智能体,将无人机的横纵坐标、速度、方向、剩余能耗和用户吞吐量作为无人机的观测空间;将无人机的速度调度方案和带宽分配方案作为无人机的动作空间;引入图注意力机制聚合相邻无人机的观测特征;基于聚合的观测特征,得到无人机在每种速度调度下的带宽分配动作和对应的奖励;引入Jain’s公平指数来衡量区域内无人机服务质量的公平性,优化无人机的速度调度和带宽分配。本发明实现在有限的资源条件下,合理分配通信带宽,最大化对受灾用户的服务覆盖率。
背景技术
无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),通常称为无人机,是一种可由远程操控或自主系统驱动的飞行器,近年来在军事、农业等多个领域获得了广泛的研究和应用,尤其在灾区救援中表现出色。当灾难发生时,迅速救助受灾人员并将其转移至安全地点成为首要任务。然而,灾害往往会导致地面基础电信设施和交通网络的严重破坏,传统的地面救援方式难以有效展开。在此情况下,等待设施恢复的时间成本对救援行动来说是不可接受的,如何及时搜救受困人员便成为亟待解决的难题。
与传统救援方式相比,无人机凭借其高灵活性、低成本和易于部署等优势,成为灾区救援研究的热点。通过搭载通信模块,无人机可以充当空中基站(Aerial Base Station,ABS),构建应急通信网络,为地面受灾用户提供必要的通信服务。得益于高空作业平台(High Altitude Platform Station,HAPS)和卫星通信技术的快速发展,无人机在灾后救援中可迅速建立起可靠的通信链路。
无人机空中基站能够在地形复杂的灾区中提供更好的无线通信服务,但是由于机载基站价格的昂贵以及灾难的突发性,在灾区中可使用的无人机基站数量通常是有限的,同时,由于无人机基站数量的限制,灾区救援需要考虑有限资源的分配问题。
现有的无人机部署算法在灾区应急组网方面有两方面不足,一方面。现有的技术主要基于静态部署的方式,将无人机视为固定基站进行部署。有限的无人机基站下,导致无人机基站的服务范围可能无法覆盖受灾区域,造成部分用户始终无法获得服务。另一方面,现有的大部分技术集中于对无人机效能的提升。然而,在灾难发生时,部分用户由于灾害的影响导致移动受限,分布位置较为疏散。此时仅关注传统网络指标,可能会导致疏散位置的用户长时间无法得到有效的通信服务服务,从而错过黄金救援时间。在这种场景下,服务质量(QoS)的公平性成为亟需考虑的关键因素。
此外,在灾区救援时,全局信息通常是无法被及时获取的,无人机群仅能根据其观测的部分信息进行决策,现有的基于全局信息的技术无法应用于灾区的紧急救援任务中。
因此,如何最大化对受灾用户的服务覆盖率,实现在有限的资源条件下,合理分配通信带宽,确保每个用户都能得到应有的支持,是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
实现思路