基于无线资源管理的无人机智能调度系统研究

吴依然 庄煜阳 张福鼎 丁吉 汤小雅

摘要：针对无人机通信领域，探讨智能调度系统在无线资源管理中的关键作用。智能调度旨在动态高效地分配无线资源给移动终端的无人机用户，同时减少无效资源消耗。在构建的智能调度系统中，设计考虑了用户基本信息、环境模型和信道状况的调度体系，通过优化信道分配和智能调度算法，降低了用户间的信道干扰，提升了资源获取的公平性和可靠性。

关键词：无人机；智能调度；无线资源管理；信道分配

中图分类号：TN925 文献标识码：A

0 引言

随着科技进步和社会信息化程度加深，无线网络已经成为连接各类智能设备和提供高质量信息服务的核心基础设施。尤其在无人机通信系统中，无线资源的有效管理与智能调度至关重要，它直接影响无人机执行任务的能力、数据传输的稳定性和整体网络性能。目前，在遥感监测、物流配送、应急救援和娱乐航拍等领域，无人机的应用愈发广泛，这就对无线网络提出了更高的要求，即如何实时、高效且公平地分配有限的无线资源，以保证大量无人机能够在复杂环境中协同作业并保持高质量的通信服务[1]。

无线资源管理中的智能调度系统[2-3]，是连接无线资源与用户需求的关键环节，其核心目标在于实现无线频谱、能量和时间等资源的动态分配，确保各种应用场景下无人机能够迅速响应、准确执行任务，并尽可能降低资源浪费。传统的无线资源调度算法虽已初具成效，但在应对高度动态变化、密集部署的无人机网络环境时，无法完全满足实时性、公平性和高效性的综合需求[3-4]。

因此，本文基于对现有无线资源管理理念及其相关评价指标的深入理解，针对无人机网络的特点，对传统调度算法进行了改进与创新，设计了一套适用于无人机的智能调度系统。

1 系统设计

本文首先从无人机用户的基本信息出发，充分考虑无人机在不同环境下的工作特性、信道条件以及与其他无人机之间潜在的信号干扰问题。本文以小区为研究场景，在小区模型框架下，设计了一种具备前瞻性和适应性的智能调度系统。系统需兼顾用户设备的具体参数（如设备类型、电池容量、飞行高度和速度等）和无线信道的状态（如信道质量、衰落情况和多径效应等），以便精准评估和预测资源需求。

如图1 所示，系统设计要考虑用户的基本信息，用户所处环境、信道条件、设备端口、信号干扰等都会对用户的服务体验产生影响。

如图 2 所示，系统设计还要考虑系统的调度并进行优化提升，对功率控制、输入/ 输出控制、信道分配和调度分配进行研究。在传统调度算法的基础上，对存在的不足和需要改進的地方进行深度研究。

随着网络资源的使用越来越方便，用户对网络的需求也日益增多。有限的无线资源越来越难以满足用户的需要，对于离小区较远的用户，需要提供更好的服务体验以提升用户的满意度，这对于无线资源的智能调度有较大的挑战，在传统的调度基础上需要更进一步的优化。传统的无线资源调度算法在用户的调度分配上起着决定性作用，信道分配的利用、资源调度分配、吞吐量的选择都是资源调度的研究方向。

智能调度的主要功能是为智能交换业务提供无线管理的平台，所以相较于传统调度，智能调度对无线信道进行时隙资源合作机制操作，完成资源分配[5]。在无线资源管理中，智能调度有着重要的位置、独有的算法机制和策略调度。智能调度是基于信道分配过程中的调度反馈结果，完成对用户公平性和系统最优功率最大化处理。智能调度对无线资源管理的关键不在于系统的实时性而在于用户的公平性和可靠性，所以智能调度更多的是要处理信道反馈数据和调度之间的关系。

无线资源管理网络使用的智能调度系统是在传统的调度算法上进行优化的。传统的调度算法包括最大载干比（max carrier to interference， Max C/I）调度算法和正比公平算法等对于用户公平和调度分配的算法。这些算法中对于用户的排队公平算法包括了连接对用户的时隙分配要求。该无线资源管理中的智能调度算法需要注意无线信道分配的时隙特点。

在该架构中，在管理控制模块对用户的信息调度分配的同时，每个控制周期中都会对时隙中提出系统访问请求的用户信息进行存储，进一步处理该时隙当中的用户请求，发送给该系统的调度请求中心。在调度器中进行信道处理，而通过调度器的用户请求资源则会经过信道状态检测预报器进行检测选择，通过检测的用户数据就会得到调度器的分配，最后通过无线网络发送到各用户设备上。在上述处理过程中会优先考虑上个时隙用户的信道特征，做出及时调整，并且根据用户的历史信道传输均率进行分级分类，再基于得出的类别向用户进行分配传输。