背景與動機:

圖1 無人機基站部署示意圖

無人機作為空中基站對地面用戶提供服務的典型場景如圖１所示，當地面基站大面積癱瘓時，為了應急通信，可迅速部署多個無人機基站為用戶提供滿足需求的通信服務。多用戶多無人機基站的部署問題主要存在以下挑戰：由于無人機能力有限，無人機基站部署不當可能會導致無人機基站之間的工作負載嚴重失衡，即一些無人機基站負載過重，而另一些無人機基站負載不足，甚至出現空閑狀態。此外，如果分配給用戶的無人機基站距離用戶較遠，也會增加訪問延遲，嚴重影響服務質量。因此，本文主要研究無人機基站部署問題，目的是為了平衡無人機基站之間的工作負載，縮短用戶和無人機基站之間的訪問延遲。

主要內容:

無人機基站部署問題的關鍵是在最小化訪問延遲和均衡工作負載的目標下，從個用戶位置中選出個無人機基站位置，并把個無人機基站部署到對應的空中位置上。因此，本文將無人機基站部署問題建模為一個多目標優化問題。無人機基站部署問題描述如下：

對于上述的多目標優化模型，我們提出了一種基于K-Ｇmedoids的帕累托邊界搜索算法進行求解，具體優化算法為：

對于多目標優化問題，通常存在多個帕累托最優解，即通過算法１得到的帕累托邊界是多個無人機部署方案的集合，為此，我們進一步提出使用主成分分析算法從帕累托邊界中尋找最合適的解。

實驗結果:

最后，我們利用位于澳大利亞墨爾本中央商務區的真實數據集進行了評估，以驗證我們提出的解決方案的有效性和優越性。

圖2 隨著用戶數量不斷增加，不同方法的性能對比。

圖3 隨著無人機基站數量不斷增加，不同方法的性能對比。

圖4 尋找無人機基站部署方案的過程。

通訊作者簡介:

黃霽崴，教授，博士生導師，中國石油大學（北京）信息科學與工程學院/人工智能學院副院長，石油數據挖掘北京市重點實驗室主任。入選北京市優秀人才、北京市科技新星、北京市國家治理青年人才、昌聚工程青年人才、中國石油大學（北京）優秀青年學者。本科和博士畢業于清華大學計算機科學與技術系，美國佐治亞理工學院聯合培養博士生。研究方向包括：物聯網、服務計算、邊緣智能等。已主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃、北京市自然科學基金等科研項目18項；以第一/通訊作者在國內外著名期刊和會議發表學術論文60余篇，其中1篇獲得中國科協優秀論文獎，2篇入選ESI熱點論文，4篇入選ESI高被引論文；出版學術專著1部；獲得國家發明專利6項、軟件著作權4項；獲得中國通信學會科學技術一等獎1項、中國產學研合作創新成果一等獎1項、廣東省計算機學會科學技術二等獎1項。擔任中國計算機學會(CCF)服務計算專委會委員，CCF和IEEE高級會員，電子學報、Chinese Journal of Electronics、Scientific Programming等期刊編委。

聯系方式：huangjw@cup.edu.cn。