基于效用函数的UAV辅助网络负载均衡算法研究

UAV由于具有高移动性、高视距通信概率等优点,在无线网络中发挥重要作用。然而在多UAV系统中,传统的用户关联策略无法满足UAV按需部署,存在着负载不均衡的问题。为此,首先构造了一个效用函数,综合考虑了用户的接收信干噪比、UAV负载以及由同一UAV服务的用户集合在空间上的离散程度3种因素。其次,通过求解效用最大化问题实现网络负载均衡。为了求解这个混合整数非线性的非凸问题,提出了一个基于效用函数的负载均衡算法,将原始问题分解为用户关联和UAV位置优化两个子问题进行迭代求解。在给定UAV位置的条件下,提出了一种基于效用最大的用户关联算法来获得最佳的用户关联方案。基于当前最佳的用户关联方案,提出了一种改进的分布式按序位置优化算法来获得最佳的UAV位置。最后,通过连续迭代求解用户关联和UAV位置优化子问题,可以得到最优的用户关联方案和UAV位置。仿真结果表明,提出的算法在负载均衡水平上比最大SINR关联方法和“最大SINR+UAV位置优化”方法分别提升了52.56%和7.63%,具有显著提升负载均衡效果的优势。