吳依然 莊煜陽(yáng) 張福鼎 丁吉 湯小雅

摘要：針對(duì)無(wú)人機(jī)通信領(lǐng)域，探討智能調(diào)度系統(tǒng)在無(wú)線資源管理中的關(guān)鍵作用。智能調(diào)度旨在動(dòng)態(tài)高效地分配無(wú)線資源給移動(dòng)終端的無(wú)人機(jī)用戶，同時(shí)減少無(wú)效資源消耗。在構(gòu)建的智能調(diào)度系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)考慮了用戶基本信息、環(huán)境模型和信道狀況的調(diào)度體系，通過(guò)優(yōu)化信道分配和智能調(diào)度算法，降低了用戶間的信道干擾，提升了資源獲取的公平性和可靠性。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；智能調(diào)度；無(wú)線資源管理；信道分配

中圖分類號(hào)：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著科技進(jìn)步和社會(huì)信息化程度加深，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為連接各類智能設(shè)備和提供高質(zhì)量信息服務(wù)的核心基礎(chǔ)設(shè)施。尤其在無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)中，無(wú)線資源的有效管理與智能調(diào)度至關(guān)重要，它直接影響無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和整體網(wǎng)絡(luò)性能。目前，在遙感監(jiān)測(cè)、物流配送、應(yīng)急救援和娛樂(lè)航拍等領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，這就對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，即如何實(shí)時(shí)、高效且公平地分配有限的無(wú)線資源，以保證大量無(wú)人機(jī)能夠在復(fù)雜環(huán)境中協(xié)同作業(yè)并保持高質(zhì)量的通信服務(wù)[1]。

無(wú)線資源管理中的智能調(diào)度系統(tǒng)[2-3]，是連接無(wú)線資源與用戶需求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)無(wú)線頻譜、能量和時(shí)間等資源的動(dòng)態(tài)分配，確保各種應(yīng)用場(chǎng)景下無(wú)人機(jī)能夠迅速響應(yīng)、準(zhǔn)確執(zhí)行任務(wù)，并盡可能降低資源浪費(fèi)。傳統(tǒng)的無(wú)線資源調(diào)度算法雖已初具成效，但在應(yīng)對(duì)高度動(dòng)態(tài)變化、密集部署的無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，無(wú)法完全滿足實(shí)時(shí)性、公平性和高效性的綜合需求[3-4]。

因此，本文基于對(duì)現(xiàn)有無(wú)線資源管理理念及其相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的深入理解，針對(duì)無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度算法進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了一套適用于無(wú)人機(jī)的智能調(diào)度系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文首先從無(wú)人機(jī)用戶的基本信息出發(fā)，充分考慮無(wú)人機(jī)在不同環(huán)境下的工作特性、信道條件以及與其他無(wú)人機(jī)之間潛在的信號(hào)干擾問(wèn)題。本文以小區(qū)為研究場(chǎng)景，在小區(qū)模型框架下，設(shè)計(jì)了一種具備前瞻性和適應(yīng)性的智能調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)需兼顧用戶設(shè)備的具體參數(shù)（如設(shè)備類型、電池容量、飛行高度和速度等）和無(wú)線信道的狀態(tài)（如信道質(zhì)量、衰落情況和多徑效應(yīng)等），以便精準(zhǔn)評(píng)估和預(yù)測(cè)資源需求。

如圖1 所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮用戶的基本信息，用戶所處環(huán)境、信道條件、設(shè)備端口、信號(hào)干擾等都會(huì)對(duì)用戶的服務(wù)體驗(yàn)產(chǎn)生影響。

如圖 2 所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還要考慮系統(tǒng)的調(diào)度并進(jìn)行優(yōu)化提升，對(duì)功率控制、輸入/ 輸出控制、信道分配和調(diào)度分配進(jìn)行研究。在傳統(tǒng)調(diào)度算法的基礎(chǔ)上，對(duì)存在的不足和需要改進(jìn)的地方進(jìn)行深度研究。

隨著網(wǎng)絡(luò)資源的使用越來(lái)越方便，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求也日益增多。有限的無(wú)線資源越來(lái)越難以滿足用戶的需要，對(duì)于離小區(qū)較遠(yuǎn)的用戶，需要提供更好的服務(wù)體驗(yàn)以提升用戶的滿意度，這對(duì)于無(wú)線資源的智能調(diào)度有較大的挑戰(zhàn)，在傳統(tǒng)的調(diào)度基礎(chǔ)上需要更進(jìn)一步的優(yōu)化。傳統(tǒng)的無(wú)線資源調(diào)度算法在用戶的調(diào)度分配上起著決定性作用，信道分配的利用、資源調(diào)度分配、吞吐量的選擇都是資源調(diào)度的研究方向。

智能調(diào)度的主要功能是為智能交換業(yè)務(wù)提供無(wú)線管理的平臺(tái)，所以相較于傳統(tǒng)調(diào)度，智能調(diào)度對(duì)無(wú)線信道進(jìn)行時(shí)隙資源合作機(jī)制操作，完成資源分配[5]。在無(wú)線資源管理中，智能調(diào)度有著重要的位置、獨(dú)有的算法機(jī)制和策略調(diào)度。智能調(diào)度是基于信道分配過(guò)程中的調(diào)度反饋結(jié)果，完成對(duì)用戶公平性和系統(tǒng)最優(yōu)功率最大化處理。智能調(diào)度對(duì)無(wú)線資源管理的關(guān)鍵不在于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性而在于用戶的公平性和可靠性，所以智能調(diào)度更多的是要處理信道反饋數(shù)據(jù)和調(diào)度之間的關(guān)系。

無(wú)線資源管理網(wǎng)絡(luò)使用的智能調(diào)度系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的調(diào)度算法上進(jìn)行優(yōu)化的。傳統(tǒng)的調(diào)度算法包括最大載干比（max carrier to interference， Max C/I）調(diào)度算法和正比公平算法等對(duì)于用戶公平和調(diào)度分配的算法。這些算法中對(duì)于用戶的排隊(duì)公平算法包括了連接對(duì)用戶的時(shí)隙分配要求。該無(wú)線資源管理中的智能調(diào)度算法需要注意無(wú)線信道分配的時(shí)隙特點(diǎn)。

在該架構(gòu)中，在管理控制模塊對(duì)用戶的信息調(diào)度分配的同時(shí)，每個(gè)控制周期中都會(huì)對(duì)時(shí)隙中提出系統(tǒng)訪問(wèn)請(qǐng)求的用戶信息進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)一步處理該時(shí)隙當(dāng)中的用戶請(qǐng)求，發(fā)送給該系統(tǒng)的調(diào)度請(qǐng)求中心。在調(diào)度器中進(jìn)行信道處理，而通過(guò)調(diào)度器的用戶請(qǐng)求資源則會(huì)經(jīng)過(guò)信道狀態(tài)檢測(cè)預(yù)報(bào)器進(jìn)行檢測(cè)選擇，通過(guò)檢測(cè)的用戶數(shù)據(jù)就會(huì)得到調(diào)度器的分配，最后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各用戶設(shè)備上。在上述處理過(guò)程中會(huì)優(yōu)先考慮上個(gè)時(shí)隙用戶的信道特征，做出及時(shí)調(diào)整，并且根據(jù)用戶的歷史信道傳輸均率進(jìn)行分級(jí)分類，再基于得出的類別向用戶進(jìn)行分配傳輸。