基于無線資源管理的無人機智能調度系統研究

吳依然 莊煜陽 張福鼎 丁吉 湯小雅

摘要：針對無人機通信領域，探討智能調度系統在無線資源管理中的關鍵作用。智能調度旨在動態高效地分配無線資源給移動終端的無人機用戶，同時減少無效資源消耗。在構建的智能調度系統中，設計考慮了用戶基本信息、環境模型和信道狀況的調度體系，通過優化信道分配和智能調度算法，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。

關鍵詞：無人機；智能調度；無線資源管理；信道分配

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A

0 引言

隨著科技進步和社會信息化程度加深，無線網絡已經成為連接各類智能設備和提供高質量信息服務的核心基礎設施。尤其在無人機通信系統中，無線資源的有效管理與智能調度至關重要，它直接影響無人機執行任務的能力、數據傳輸的穩定性和整體網絡性能。目前，在遙感監測、物流配送、應急救援和娛樂航拍等領域，無人機的應用愈發廣泛，這就對無線網絡提出了更高的要求，即如何實時、高效且公平地分配有限的無線資源，以保證大量無人機能夠在復雜環境中協同作業并保持高質量的通信服務[1]。

無線資源管理中的智能調度系統[2-3]，是連接無線資源與用戶需求的關鍵環節，其核心目標在于實現無線頻譜、能量和時間等資源的動態分配，確保各種應用場景下無人機能夠迅速響應、準確執行任務，并盡可能降低資源浪費。傳統的無線資源調度算法雖已初具成效，但在應對高度動態變化、密集部署的無人機網絡環境時，無法完全滿足實時性、公平性和高效性的綜合需求[3-4]。

因此，本文基于對現有無線資源管理理念及其相關評價指標的深入理解，針對無人機網絡的特點，對傳統調度算法進行了改進與創新，設計了一套適用于無人機的智能調度系統。

1 系統設計

本文首先從無人機用戶的基本信息出發，充分考慮無人機在不同環境下的工作特性、信道條件以及與其他無人機之間潛在的信號干擾問題。本文以小區為研究場景，在小區模型框架下，設計了一種具備前瞻性和適應性的智能調度系統。系統需兼顧用戶設備的具體參數（如設備類型、電池容量、飛行高度和速度等）和無線信道的狀態（如信道質量、衰落情況和多徑效應等），以便精準評估和預測資源需求。

如圖1 所示，系統設計要考慮用戶的基本信息，用戶所處環境、信道條件、設備端口、信號干擾等都會對用戶的服務體驗產生影響。

如圖 2 所示，系統設計還要考慮系統的調度并進行優化提升，對功率控制、輸入/ 輸出控制、信道分配和調度分配進行研究。在傳統調度算法的基礎上，對存在的不足和需要改進的地方進行深度研究。

隨著網絡資源的使用越來越方便，用戶對網絡的需求也日益增多。有限的無線資源越來越難以滿足用戶的需要，對于離小區較遠的用戶，需要提供更好的服務體驗以提升用戶的滿意度，這對于無線資源的智能調度有較大的挑戰，在傳統的調度基礎上需要更進一步的優化。傳統的無線資源調度算法在用戶的調度分配上起著決定性作用，信道分配的利用、資源調度分配、吞吐量的選擇都是資源調度的研究方向。

智能調度的主要功能是為智能交換業務提供無線管理的平臺，所以相較于傳統調度，智能調度對無線信道進行時隙資源合作機制操作，完成資源分配[5]。在無線資源管理中，智能調度有著重要的位置、獨有的算法機制和策略調度。智能調度是基于信道分配過程中的調度反饋結果，完成對用戶公平性和系統最優功率最大化處理。智能調度對無線資源管理的關鍵不在于系統的實時性而在于用戶的公平性和可靠性，所以智能調度更多的是要處理信道反饋數據和調度之間的關系。

無線資源管理網絡使用的智能調度系統是在傳統的調度算法上進行優化的。傳統的調度算法包括最大載干比（max carrier to interference， Max C/I）調度算法和正比公平算法等對于用戶公平和調度分配的算法。這些算法中對于用戶的排隊公平算法包括了連接對用戶的時隙分配要求。該無線資源管理中的智能調度算法需要注意無線信道分配的時隙特點。

在該架構中，在管理控制模塊對用戶的信息調度分配的同時，每個控制周期中都會對時隙中提出系統訪問請求的用戶信息進行存儲，進一步處理該時隙當中的用戶請求，發送給該系統的調度請求中心。在調度器中進行信道處理，而通過調度器的用戶請求資源則會經過信道狀態檢測預報器進行檢測選擇，通過檢測的用戶數據就會得到調度器的分配，最后通過無線網絡發送到各用戶設備上。在上述處理過程中會優先考慮上個時隙用戶的信道特征，做出及時調整，并且根據用戶的歷史信道傳輸均率進行分級分類，再基于得出的類別向用戶進行分配傳輸。