CN115913340B - 无人机辅助通信方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机辅助通信方法、装置、设备及存储介质，所述方法通过获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；对地面用户出价和无人机要价进行排序，获得排序结果，从排序结果中获得匹配的临界对；根据临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将成交对的目标无人机作为中继节点，根据中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，解决了无人机与地面用户的一对一匹配问题，在最大化网络吞吐量的同时，满足了预算均衡、个体理性和真实性属性，降低了人工操作的误差，保证了无人机通信的可靠性和安全性，提高了无人机中继调整的速度和效率。

Description

无人机辅助通信方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，尤其涉及一种无人机辅助通信方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

近年来，无人机辅助通信相关研究引起了广泛关注，无人机具有机动性高，易部署，成本低等特点，可将其作为空中移动基站或者中继辅助网络通信，提高网络吞吐量；特别的，无人机与地面用户之间的中继匹配是一个重要的问题；在任务无人机和地面设备之间的无线电信号由于遮挡等因素导致信号衰减严重时，常使用中继无人机作为任务无人机和地面设备之间的中转站；现有的中继无人机的位置调整是通过人工操作完成的，比如，中继无人机和任务无人机分别由各自的操作员操控，以确保中继无人机与任务无人机和地面设备之间均保持良好的通信质量；但是此种方式需要至少两组操作员，一组操作任务无人机，另一组操作中继无人机，两组操作员之间必须密切配合，对操作员的要求较高，而且不恰当的配合可能会降低中继链路的可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无人机辅助通信方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中无人机中继调整依赖人工操作，存在人工操作误差，降低了中继链路的可靠性，无法保证无人机通信的安全性，无人机辅助通信质量和效率较低的技术问题。

第一方面，本发明提供一种无人机辅助通信方法，所述无人机辅助通信方法包括以下步骤：

获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；

对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；

根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

可选地，所述获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价，包括：

获取地面用户节点集合和无人机节点集合；

利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果；

根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

可选地，所述利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果，包括：

利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机；

在第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于第j个地面用户需求的传输速率时，为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重；

为各地面用户和各无人机建立边并赋权重，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果。

可选地，所述根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价，包括：

从所述中继匹配结果中获取匹配成功的目标地面用户节点和目标无人机节点；

获取所述目标地面用户节点的地面用户出价，获取所述目标无人机节点的无人机要价。

可选地，所述对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对，包括：

对所述地面用户出价按照降序排序，对所述无人机要价进行升序排序，获得对应的排序结果；

从所述排序结果中搜索最大的数字k，使得第k个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字a，满足第a个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字b，满足第k个地面用户的出价不小于第b个无人机的要价；

获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对。

可选地，所述获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对，包括：

比较第a个地面用户的出价且第k个无人机的要价的临界节点对和第k个地面用户的出价且第b个无人机的要价下的匹配数量，选取匹配数量大于预设匹配阈值的节点对作为临界对。

可选地，所述根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，包括：

将最终成交的当前地面用户付给地面基站的成交价低于所述当前地面用户的出价，最终成交的当前无人机得到的成交价高于所述当前无人机的要价作为个体理性条件；

将当前地面基站付给无人机的费用小于所述当前地面基站向地面用户收取的费用作为预算均衡条件；

将所述当前用户和所述当前无人机传输给所述地面基站的出价和要价等于真实价值作为真实性条件；

根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的节点对作为成交对；

将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

第二方面，为实现上述目的，本发明还提出一种无人机辅助通信装置，所述无人机辅助通信装置包括：

匹配询价模块，用于获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；

排序模块，用于对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；

辅助通信模块，用于根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

第三方面，为实现上述目的，本发明还提出一种无人机辅助通信设备，所述无人机辅助通信设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的无人机辅助通信程序，所述无人机辅助通信程序配置为实现如上文所述的无人机辅助通信方法的步骤。

第四方面，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有无人机辅助通信程序，所述无人机辅助通信程序被处理器执行时实现如上文所述的无人机辅助通信方法的步骤。

本发明提出的无人机辅助通信方法，通过获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，能够解决无人机与地面用户的一对一匹配问题，在最大化网络吞吐量的同时，满足了预算均衡、个体理性和真实性属性，降低了无人机中继调整的人工操作的误差，保证了无人机通信的可靠性和安全性，提高了无人机中继调整的速度和效率。

附图说明

图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；

图2为本发明无人机辅助通信方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明无人机辅助通信方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明无人机辅助通信方法第三实施例的流程示意图；

图5为本发明无人机辅助通信方法第四实施例的流程示意图；

图6为本发明无人机辅助通信方法第五实施例的流程示意图；

图7为本发明无人机辅助通信方法的最终成交对示意图；

图8为本发明无人机辅助通信方法的50个地面用户出价及预制定成交价示意图；

图9为本发明无人机辅助通信方法的100个无人机要价及预制定成交价示意图；

图10为本发明无人机辅助通信方法的最终成交的地面用户的效用随着其出价的变化示意图；

图11为本发明无人机辅助通信方法的最终成交的无人机的效用随着其要价的变化示意图；

图12为本发明无人机辅助通信方法的最终未能成交的地面用户的效用随着其出价的变化示意图；

图13为本发明无人机辅助通信方法的最终未能成交的无人机的效用随着其要价的变化示意图；

图14为本发明无人机辅助通信方法的两种不同定价机制下成交对数随着地面用户数量的变化示意图；

图15为本发明无人机辅助通信方法的两种不同定价机制下成交对数随着无人机数量的变化示意图；

图16为本发明无人机辅助通信装置第一实施例的功能模块图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的解决方案主要是：通过获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，能够解决无人机与地面用户的一对一匹配问题，在最大化网络吞吐量的同时，满足了预算均衡、个体理性和真实性属性，降低了无人机中继调整的人工操作的误差，保证了无人机通信的可靠性和安全性，提高了无人机中继调整的速度和效率，解决了现有技术中无人机中继调整依赖人工操作，存在人工操作误差，降低了中继链路的可靠性，无法保证无人机通信的安全性，无人机辅助通信质量和效率较低的技术问题。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。

如图1所示，该设备可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如Wi-Fi接口）。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器（Non-Volatile Memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对该设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作装置、网络通信模块、用户接口模块以及无人机辅助通信程序。

本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的无人机辅助通信程序，并执行如下文所述无人机辅助通信方法实施例中的操作。

基于上述硬件结构，提出本发明无人机辅助通信方法实施例。

参照图2，图2为本发明无人机辅助通信方法第一实施例的流程示意图。

在第一实施例中，所述无人机辅助通信方法包括以下步骤：

步骤S10、获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

需要说明的是，将地面用户和无人机进行匹配，获取地面用户和无人机的中继匹配结果，可以根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

步骤S20、对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对。

可以理解的是，对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，从而可以获得相应的排序结果，进而从所述排序结果中获得匹配的临界对。

步骤S30、根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

应当理解的是，根据所述临界对可以选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，进而可以将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

可以理解的是，无人机为地面用户与地面基站之间的通信提供中继服务，其中，地面基站作为拍卖商，地面用户作为买方，无人机作为卖方，地面基站确定最终的成交价，即收取地面用户的价格和付给无人机的价格，决定最终成交的地面用户和无人机，成交的无人机为成交的地面用户提供中继服务。

本实施例通过上述方案，通过获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，能够解决无人机与地面用户的一对一匹配问题，在最大化网络吞吐量的同时，满足了预算均衡、个体理性和真实性属性，降低了无人机中继调整的人工操作的误差，保证了无人机通信的可靠性和安全性，提高了无人机中继调整的速度和效率。

进一步地，图3为本发明无人机辅助通信方法第二实施例的流程示意图，如图3所示，基于第一实施例提出本发明无人机辅助通信方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤S10具体包括以下步骤：

步骤S11、获取地面用户节点集合和无人机节点集合。

需要说明的是，地面用户节点对应有地面用户节点汇总的集合，无人机节点对应有无人机节点汇总的集合。

步骤S12、利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果。

可以理解的是，利用匈牙利算法可以匹配地面用户和无人机，从而最大化整个网络的吞吐量，即匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机。

步骤S13、根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

应当理解的是，通过所述中继匹配结果可以确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

进一步的，所述步骤S13具体包括以下步骤：

从所述中继匹配结果中获取匹配成功的目标地面用户节点和目标无人机节点；

获取所述目标地面用户节点的地面用户出价，获取所述目标无人机节点的无人机要价。

可以理解的是，从所述中继匹配结果中获取匹配成功的目标地面用户节点和目标无人机节点，进而获得地面用户出价和无人机要价。

本实施例通过上述方案，通过获取地面用户节点集合和无人机节点集合；利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果；根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价，能够快速获得地面用户出价和无人机要价，提高了无人机中继调整的速度和效率。

进一步地，图4为本发明无人机辅助通信方法第三实施例的流程示意图，如图4所示，基于第二实施例提出本发明无人机辅助通信方法第三实施例，在本实施例中，所述步骤S12具体包括以下步骤：

步骤S121、利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机。

需要说明的是，利用匈牙利算法匹配地面用户和无人机，即利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机。

步骤S122、在第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于第j个地面用户需求的传输速率时，为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重。

可以理解的是，在第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于第j个地面用户需求的传输速率时，可以为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重。

在具体实现中，如果第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于其需求的传输速率，则为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重为。

步骤S123、为各地面用户和各无人机建立边并赋权重，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果。

应当理解的是，为各地面用户和各无人机建立边并赋权重，从而可以获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果。

本实施例通过上述方案，通过利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机；在第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于第j个地面用户需求的传输速率时，为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重；为各地面用户和各无人机建立边并赋权重，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果，能够快速获得中继匹配结果，提高了无人机中继调整的速度和效率。

进一步地，图5为本发明无人机辅助通信方法第四实施例的流程示意图，如图5所示，基于第一实施例提出本发明无人机辅助通信方法第四实施例，在本实施例中，所述步骤S20具体包括以下步骤：

步骤S21、对所述地面用户出价按照降序排序，对所述无人机要价进行升序排序，获得对应的排序结果。

需要说明的是，对所述地面用户出价按照降序排序，对所述无人机要价进行升序排序，能够获得地面用户和无人机对应的排序结果。

步骤S22、从所述排序结果中搜索最大的数字k，使得第k个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字a，满足第a个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字b，满足第k个地面用户的出价不小于第b个无人机的要价。

可以理解的是，从所述排序结果中可以搜索最大的数字k，使得第k个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字a，满足第a个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字b，满足第k个地面用户的出价不小于第b个无人机的要价。

步骤S23、获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对。

应当理解的是，可以获取临界节点对下的匹配数量，从而可以选取符合预设匹配条件的节点作为临界对。

进一步的，所述步骤S23具体包括以下步骤：

比较第a个地面用户的出价且第k个无人机的要价的临界节点对和第k个地面用户的出价且第b个无人机的要价下的匹配数量，选取匹配数量大于预设匹配阈值的节点对作为临界对。

在具体实现中，一般可以寻找两组预设临界对，即寻找最大的数字a，满足，寻找最大的数字b，满足，比较预设临界对和的匹配数量，选择匹配数量较多的预设临界对作为临界对。

本实施例通过上述方案，通过对所述地面用户出价按照降序排序，对所述无人机要价进行升序排序，获得对应的排序结果；从所述排序结果中搜索最大的数字k，使得第k个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字a，满足第a个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字b，满足第k个地面用户的出价不小于第b个无人机的要价；获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对，能够解决无人机与地面用户的一对一匹配问题，在最大化网络吞吐量的同时，保证了无人机通信的可靠性和安全性。

进一步地，图6为本发明无人机辅助通信方法第五实施例的流程示意图，如图6所示，基于第一实施例提出本发明无人机辅助通信方法第五实施例，在本实施例中，所述步骤S30具体包括以下步骤：

步骤S31、将最终成交的当前地面用户付给地面基站的成交价低于所述当前地面用户的出价，最终成交的当前无人机得到的成交价高于所述当前无人机的要价作为个体理性条件。

需要说明的是，无人机为地面用户提供中继服务，地面基站作为拍卖商，制定最终成交价，收取地面用户一定的费用，付给无人机一定的费用，最终成交的无人机为对应的地面用户提供中继服务。

可以理解的是，在双边拍卖机制中，地面基站最终制定成交价，收取成交的地面用户的价格为：，向无人机支付的费用为：, 地面用户发送给地面基站的出价为：，无人机发送给地面基站的要价为：，个体理性是指地面基站收取的费用应小于其出价，即：，地面基站付给无人机的费用应大于其要价，即：，其意义是保证成交的地面用户和无人机的效用不低于0。

步骤S32、将当前地面基站付给无人机的费用小于所述当前地面基站向地面用户收取的费用作为预算均衡条件。

可以理解的是，地面基站作为拍卖商，在双边拍卖机制中，地面基站的效用应大于0，即其支付给无人机的价格应小于其向地面用户收取的价格，由于最后成交的总无人机数等于总地面用户数，所以，满足，即可满足地面基站的预算均衡，其中，表示最终地面基站向地面用户收取的价格，表示最终地面基站支付给无人机的价格。

步骤S33、将所述当前用户和所述当前无人机传输给所述地面基站的出价和要价等于真实价值作为真实性条件。

应当理解的是，真实性条件是指地面用户和无人机报给地面基站的价格等于其真实价值，即：和，其中，为第j个地面用户选择第i个无人机作为中继节点，与地面基站之间通信的传输速率，为第i个无人机提供中继服务的开销成本。

步骤S34、根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的节点对作为成交对。

可以理解的是，根据所述临界对可以选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的节点对作为成交对。

步骤S35、将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

应当理解的是，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，地面用户与地面基站由于阻挡物不能有效通信，利用无人机作为中继转发节点，能够改善通信质量。

在具体实现中，地面用户与无人机之间的匹配模型，实现方式如下：

假设一个地面基站，N个地面用户和M个无人机。无人机作为中继节点，辅助地面用户和地面基站通信。第i个无人机，第j个地面用户，地面基站的坐标分别为。第i个无人机与第j个地面用户之间的水平距离，第i个无人机与地面基站之间的水平距离，第i个无人机与第j个地面用户之间的距离，第i个无人机与地面基站的距离。第i个无人机与第j个地面用户的平均信道增益为。第i个无人机与地面基站之间的平均信道增益为，其中，表示单位距离的信道增益，表示可视链路的额外路损，表示非可视链路的额外路损，由于无人机与地面用户之间通信信道为空地信道，可视链路概率为，非可视链路概率为，其中，为环境参数，为第i个无人机与第j个地面用户之间的通信链路与地面的仰角。相似的，第i个无人机与地面基站的可视链路概率为，非可视链路概率。为第i个无人机与基站之间的通信链路与地面的仰角。第i个无人机与第j个地面用户的信干噪比为，第i个无人机与地面基站的信干噪比为，其中，表示第j个地面用户的发射功率，表示第i个无人机的发射功率，表示噪声功率谱密度，表示第i个无人机与第j个地面用户的传输带宽，表示第i个无人机与地面基站之间的传输功率，k表示自干扰系数，表示第i个无人机与第j个地面用户之间的小尺度衰落系数，表示第i个无人机与地面基站之间的小尺度衰落系数。无人机辅助地面用户与地面基站通信过程中，第j个地面用户与第i个无人机之间的传输速率为，第i个无人机与地面基站之间的传输速率为，所以，通过第i个无人机中继，第j个地面用户与基站之间的传输速率为。

本实施例的双边拍卖模型中，当第j个地面用户选择第i个无人机作为中继节点时的效用函数为，其中，表示第j个地面用户对传输速率的需求程度，表示地面用户最终被基站收取的费用。第i个无人机的效用函数为，其中，表示基站最终支付给无人机的费用，表示提供中继服务的成本，主要包含三部分：接收信息的通信能量，转发数据的通信能量，悬停能量，表示为，其中，表示第i个无人机接收第j个地面用户信息时的接收功率，表示第i个无人机的发射功率，t表示一个单位时隙，表示第i个无人机提供中继服务时悬停消耗的能量。

每一个地面用户将其所需传输速率和出价发送至地面基站，每一个无人机将其发射功率和要价发送至地面基站，要解决的第一个问题是，不考虑出价和要价，在满足地面用户所需速率的条件下，利用匈牙利算法，寻找一种匹配结果，最大化整个网络的吞吐量。

双边拍卖中确定成交价和获胜组模型，实现方式如下：

为了满足经济学中的三个属性：个体理性，预算均衡，真实性，需要制定合适的成交价，确定最终的成交对；个体理性是指最终成交的地面用户付给地面基站的成交价应低于其出价，最终成交的无人机得到的成交价应高于其要价；预算均衡是指地面基站付给无人机的费用应该小于其向地面用户收取的费用；真实性是指地面用户和无人机传输给地面基站的出价和要价应等于其真实价值，本实施例设计双边拍卖机制，求解成交价格以及成交对，机制最终满足以上三个经济学属性。

在具体实现中，本实施例设计的双边拍卖机制满足个体理性，预算均衡和真实性的经济学属性，显而易见，算法2中第2步满足个体理性，第4步满足预算均衡，特别的，解释算法2的真实性属性如何实现，可以通过两个表格说明双向拍卖机制的真实性：

表格1是地面用户出价的三种情景，表格2是无人机要价的三种情景，通过分析表格1的三种不同情景说明地面用户的出价等于其真实价值，表格2的三种情景说明无人机的要价等于其真实价值；表示用户的出价，表示用户的真实价值，表示无人机的要价，表示无人机的真实价值，表示第j个地面用户非真实出价的效用，表示第j个地面用户真实出价的效用，表示第i个无人机非真实要价的效用，表示第i个无人机真实要价的效用。

在表格1中，列举了三种不同的出价情况：

1地面用户的出价小于其真实价值 

2地面用户的出价等于其真实价值 

3 地面用户的出价大于其真实价值

对于情况1，地面用户的出价小于其真实价值，如果地面用户以此出价赢得双向拍卖，那么真实价值的出价也能赢得双向拍卖，这种情况下地面用户以和以的出价获得的效用是相等的；如果地面用户以此出价不能赢得双向拍卖，那么以真实价值的出价可能赢得双向拍卖，那么此时获得的效用较高；以真实价值的出价可能输了双向拍卖，那么此时获得的效用相等。综上，当地面用户的出价小于其真实价值时，其获得的效用不大于真实出价下的效用。

对于情况2，地面用户的出价等于其真实价值，无论以此出价赢或者输掉双向拍卖，获得的效用都等于其真实出价下的效用。

对于情况3，地面用户的出价大于其真实价值，如果真实价值的出价能赢得双向拍卖，那么以大于真实价值的出价也能赢得双向拍卖，所以效用相等。如果以真实价值的出价输了双向拍卖，那么以高于真实价值的出价如果赢了双向拍卖，那么其效用是低于真实出价下的效用；如果以真实价值的出价输了双向拍卖，那么其效用是等于真实出价下的效用，综上，当地面用户的出价大于其真实价值时，其获得的效用不大于其真实出价下的效用。

所以，所有的用户会真实出价，保证了双向拍卖机制的真实性，同理，所有的无人机会真实要价，保证了双向拍卖机制的真实性。

在具体实现中，本实施例的双边拍卖机制：地面基站作为拍卖商，地面用户作为买方，无人机作为卖方，无人机作为中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信；实施例可以运行在Matlab上，对本发明的双边拍卖流程进行一个具体的阐述，如下：

图7，8，9，10，11，12，13中，假设总共有50个地面用户，100个无人机，1个地面基站；图14中，假设有100个无人机，1个地面基站，地面用户数量分别为30，40，50，60，70；图15中，假设有50个地面用户，1个地面基站，无人机数量分别为80，90，100，110，120；地面用户和无人机的位置在一定范围内服从随机分布，选择城市环境下的通信参数，不同地面用户对通信速率的需求服从随机分布；设计的双边拍卖机制不仅满足预算均衡，个体理性以及真实性属性，而且有效最大化整个网络总吞吐量；与McAfee定价机制对比，设计的双边拍卖机制能够有效增加最终的成交对。

特别的，我们简单介绍McAfee定价机制，基于算法2中的前3步，寻找，计算，如果满足，那么最终成交收费和成交支付为mid，如果条件不满足，那么最终成交收费为，最终成交支付为。

参见图7，图7为本发明无人机辅助通信方法的最终成交对示意图，如图7所示，展示了无人机辅助的中继选择双边拍卖机制的最终成交对，以此说明机制的预算均衡约束；可以观察总共有15个成交对，第一列数据表示第3个地面用户最终选择第75个无人机为中继节点，辅助其与地面基站之间的通信；根据图7，设计的双边拍卖机制满足预算均衡约束。

参见图8，图8为本发明无人机辅助通信方法的50个地面用户出价及预制定成交价示意图，如图8所示，展示了50个地面用户的出价以及最终定价，以此说明机制的个体理性约束；可以观察到一部分地面用户的出价高于制定的最终定价，一部分地面用户的出价低于制定的最终定价；为了满足个体理性约束，最终成交的地面用户的出价应不低于制定的最终定价；为了满足个体理性等经济学约束，部分出价不低于制定的最终定价的地面用户不能成为最终的成交地面用户；结合图8可以观察到，第3个地面用户与第75个无人机是最终的成交对，第3个地面用户的出价高于的最终定价，满足个体理性约束，与此类似，其余的成交地面用户都满足个体理性约束。

参见图9，图9为本发明无人机辅助通信方法的100个无人机要价及预制定成交价示意图，如图9所示，展示了100个无人机的要价以及最终定价，以此说明机制的个体理性约束；可以观察到一部分无人机的要价高于制定的最终定价，一部分无人机的要价低于制定的最终定价；为了满足个体理性约束，最终成交的无人机的要价应不高于制定的最终定价；同样的，部分要价不高于制定的最终定价的无人机不能成为最终的成交无人机；结合图9可以观察到，第3个地面用户与第75个无人机是最终的成交对，第75个无人机的要价低于的最终定价，满足个体理性约束，与此类似，其余的成交无人机都满足个体理性约束。

图10，11，12，13展示了最终成交和未能成交的地面用户其效用随着出价的变化情况，最终成交和未能成交的无人机其效用随着要价的变化情况，以此说明机制的真实性约束。

参见图10，图10为本发明无人机辅助通信方法的最终成交的地面用户的效用随着其出价的变化示意图，如图10所示，最终成交地面用户出等于其真实价值的出价时，其效用最大，低于其真实价值的出价时，其效用等于0，高于其真实价值的出价时，其效用等于最大值；地面用户期望出更低的价格最大化其效用，所以，最终成交的地面用户出等于其真实价值的出价，满足真实性约束。

参见图11，图11为本发明无人机辅助通信方法的最终成交的无人机的效用随着其要价的变化示意图，如图11所示，从图11可以观察到，最终成交的无人机出等于其真实价值的要价时，其效用最大；低于其真实价值的要价时，其效用等于最大值，高于其真实价值的要价时，其效用等于0；无人机期望出更高的价格最大化其效用，所以，最终成交的无人机出等于其真实价值的要价，满足真实性约束。

参见图12，图12为本发明无人机辅助通信方法的最终未能成交的地面用户的效用随着其出价的变化示意图，如图12所示，未能成交的地面用户出等于其真实价值的出价时，其效用最大；低于其真实价值的出价时，其效用等于0，高于其真实价值的出价时，其效用等于最大值。地面用户期望出更低的价格最大化其效用，所以，未能成交的地面用户出等于其真实价值的出价，满足真实性约束。

参见图13，图13为本发明无人机辅助通信方法的最终未能成交的无人机的效用随着其要价的变化示意图，如图13所示，未能成交的无人机出等于其真实价值的要价时，其效用最大；低于其真实价值的要价时，其效用等于最大值，高于其真实价值的要价时，其效用等于0；无人机期望出更高的价格最大化其效用，所以，未能成交的无人机出等于其真实价值的要价，满足真实性约束；综上，成交和未能成交的地面用户和无人机都会出等于其真实价值的出价和要价，满足真实性约束。

参见图14，图14为本发明无人机辅助通信方法的两种不同定价机制下成交对数随着地面用户数量的变化示意图，如图14所示：展示设计的机制和McAfee定价机制两种不同的场景下，最终成交对数随着地面用户数量的变化；假设有100个无人机，当地面用户数量分别为30，40，50，60，70时，分析两种不同定价机制下的最终成交对数；从图14可以观察到，当地面用户的数量为30和50时，两种不同的定价机制下的成交对数相等；当地面用户的数量为40，60，70时，设计的机制下的成交对数高于McAfee定价机制；所以，设计的定价机制是优于McAfee定价机制的。

参见图15，图15为本发明无人机辅助通信方法的两种不同定价机制下成交对数随着无人机数量的变化示意图，如图15所示：展示设计的机制和McAfee定价机制两种不同的场景下，最终成交对数随着无人机数量的变化；假设有50个地面用户，当无人机的数量分别为80，90，100，110，120时，分析两种不同定价机制下的最终成交对数；从图15可以观察到，当无人机的数量为80，90，110，120时，两种不同的定价机制下的成交对数相等；当无人机的数量为100时，设计的机制下的成交对数高于McAfee定价机制；所以，设计的定价机制是优于McAfee机制的。

本实施例通过上述方案，通过将最终成交的当前地面用户付给地面基站的成交价低于所述当前地面用户的出价，最终成交的当前无人机得到的成交价高于所述当前无人机的要价作为个体理性条件；将当前地面基站付给无人机的费用小于所述当前地面基站向地面用户收取的费用作为预算均衡条件；将所述当前用户和所述当前无人机传输给所述地面基站的出价和要价等于真实价值作为真实性条件；根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的节点对作为成交对；将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，能够解决无人机与地面用户的一对一匹配问题，在最大化网络吞吐量的同时，满足了预算均衡、个体理性和真实性属性，降低了无人机中继调整的人工操作的误差，保证了无人机通信的可靠性和安全性，提高了无人机中继调整的速度和效率。

相应地，本发明进一步提供一种无人机辅助通信装置。

参照图16，图16为本发明无人机辅助通信装置第一实施例的功能模块图。

本发明无人机辅助通信装置第一实施例中，该无人机辅助通信装置包括：

匹配询价模块10，用于获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

排序模块20，用于对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对。

辅助通信模块30，用于根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

所述匹配询价模块10，还用于获取地面用户节点集合和无人机节点集合；利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果；根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

所述匹配询价模块10，还用于利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机；在第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于第j个地面用户需求的传输速率时，为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重；为各地面用户和各无人机建立边并赋权重，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果。

所述匹配询价模块10，还用于从所述中继匹配结果中获取匹配成功的目标地面用户节点和目标无人机节点；获取所述目标地面用户节点的地面用户出价，获取所述目标无人机节点的无人机要价。

所述排序模块20，还用于对所述地面用户出价按照降序排序，对所述无人机要价进行升序排序，获得对应的排序结果；从所述排序结果中搜索最大的数字k，使得第k个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字a，满足第a个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字b，满足第k个地面用户的出价不小于第b个无人机的要价；获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对。

所述排序模块20，还用于比较第a个地面用户的出价且第k个无人机的要价的临界节点对和第k个地面用户的出价且第b个无人机的要价下的匹配数量，选取匹配数量大于预设匹配阈值的节点对作为临界对。

所述辅助通信模块30，还用于将最终成交的当前地面用户付给地面基站的成交价低于所述当前地面用户的出价，最终成交的当前无人机得到的成交价高于所述当前无人机的要价作为个体理性条件；将当前地面基站付给无人机的费用小于所述当前地面基站向地面用户收取的费用作为预算均衡条件；将所述当前用户和所述当前无人机传输给所述地面基站的出价和要价等于真实价值作为真实性条件；根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的节点对作为成交对；将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

其中，无人机辅助通信装置的各个功能模块实现的步骤可参照本发明无人机辅助通信方法的各个实施例，此处不再赘述。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有无人机辅助通信程序，所述无人机辅助通信程序被处理器执行时实现如上文所述无人机辅助通信方法实施例中的操作。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机辅助通信方法，其特征在于，所述无人机辅助通信方法包括：

获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；

对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；

根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

2.如权利要求1所述的无人机辅助通信方法，其特征在于，所述获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价，包括：

获取地面用户节点集合和无人机节点集合；

利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果；

根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价。

3.如权利要求2所述的无人机辅助通信方法，其特征在于，所述利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果，包括：

利用匈牙利算法匹配所述地面用户节点集合中的地面用户和所述无人机节点集合中的无人机；

在第j个地面用户通过第i个无人机中继实现的传输速率大于第j个地面用户需求的传输速率时，为第j个地面用户和第i个无人机建立一条边，并赋权重；

为各地面用户和各无人机建立边并赋权重，获得各地面用户和各无人机的中继匹配结果。

4.如权利要求2所述的无人机辅助通信方法，其特征在于，所述根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价，包括：

从所述中继匹配结果中获取匹配成功的目标地面用户节点和目标无人机节点；

获取所述目标地面用户节点的地面用户出价，获取所述目标无人机节点的无人机要价。

5.如权利要求1所述的无人机辅助通信方法，其特征在于，所述对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对，包括：

对所述地面用户出价按照降序排序，对所述无人机要价进行升序排序，获得对应的排序结果；

从所述排序结果中搜索最大的数字k，使得第k个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字a，满足第a个地面用户的出价不小于第k个无人机的要价，寻找最大的数字b，满足第k个地面用户的出价不小于第b个无人机的要价；

获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对。

6.如权利要求5所述的无人机辅助通信方法，其特征在于，所述获取临界节点对下的匹配数量，选取符合匹配条件的节点作为临界对，包括：

比较第a个地面用户的出价且第k个无人机的要价的临界节点对和第k个地面用户的出价且第b个无人机的要价下的匹配数量，选取匹配数量大于预设匹配阈值的节点对作为临界对。

7.如权利要求1所述的无人机辅助通信方法，其特征在于，所述根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信，包括：

将最终成交的当前地面用户付给地面基站的成交价低于所述当前地面用户的出价，最终成交的当前无人机得到的成交价高于所述当前无人机的要价作为个体理性条件；

将当前地面基站付给无人机的费用小于所述当前地面基站向地面用户收取的费用作为预算均衡条件；

将所述当前用户和所述当前无人机传输给所述地面基站的出价和要价等于真实价值作为真实性条件；

根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的节点对作为成交对；

将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

8.一种无人机辅助通信装置，其特征在于，所述无人机辅助通信装置包括：

匹配询价模块，用于获取地面用户和无人机的中继匹配结果，根据所述中继匹配结果确定匹配成功的地面用户出价和无人机要价；

排序模块，用于对所述地面用户出价和所述无人机要价进行排序，获得排序结果，从所述排序结果中获得匹配的临界对；

辅助通信模块，用于根据所述临界对选取符合个体理性条件、预算均衡条件和真实性条件的成交对，将所述成交对的目标无人机作为中继节点，根据所述中继节点辅助地面用户与地面基站之间的通信。

9.一种无人机辅助通信设备，其特征在于，所述无人机辅助通信设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的无人机辅助通信程序，所述无人机辅助通信程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的无人机辅助通信方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有无人机辅助通信程序，所述无人机辅助通信程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的无人机辅助通信方法的步骤。

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