无人机通信中数据与能量协同传输和资源分配算法研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qkhp3
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)作为一个空中飞行的平台,由于其固有的特性,如移动性、灵活性和自适应高度,在军事、监测、远程通信、灾后重建等场景都有着许多的应用。UAV不仅可以作为空中基站来增加无线网络的覆盖面积、容量、鲁棒性和能量效率,还可以作为数据收集和无线充能的平台来对无线网络中的设备提供服务。与传统的基站通信不同,UAV可以通过飞行尽可能地避开障碍物,从而有更高的概率来构建视距(Line of Sight,Lo S)的通信链路。在UAV辅助的数据与能量协同传输的系统中,UAV接收来自地面的物联网设备采集的数据信息,并且给地面的物联网(Internet of Things,IoT)设备进行能量传输,以保证其能量供应充足,如何有效地进行系统中资源的协同调度和分配是目前研究的热点和难点。本文首先对UAV辅助的数据与能量协同传输系统中的资源调度方案进行了研究,采用了搭载太阳能面板的UAV,收集太阳能作为其能量消耗的补充。此外,本文将UAV的飞行轨迹拓展到了三维空间,提出的UAV剩余能量最大化算法,对UAV的三维轨迹和UAV与地面IoT设备的通信调度进行了联合优化。仿真结果展示了所提出的算法在能量节省上的优势。接着,为了解决因UAV与IoT设备的视距通信链路被阻挡而导致的信号质量严重下降的问题,本文采用了面向6G的关键技术,智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)来辅助无人机数据与能量传输系统,设计了UAV的二维飞行轨迹和以及IRS的相移矩阵,给出了UAV与IoT设备充能和通信的调度方案,并且提出了联合资源调度算法来最大化IoT设备收集能量。仿真结果验证了所提出的收集能量最大化算法在能量收集上的有效性。最后,考虑了搭载移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务器的UAV的数据和能量传输系统,UAV不仅可以接受来自IoT设备的数据,还可以通过MEC技术进行数据处理。同时,为了进一步减少端到端时延和实现实时的资源调度与分配,本文结合了数字孪生(Digital Twin,DT)技术,提出了DT辅助下的UAV通信、计算和能量的数学模型,研究了最小化IoT设备最大的计算任务完成时间问题,提出了数能算资源联合分配的算法,联合优化了UAV的飞行二维轨迹,IoT设备的卸载决策以及UAV的计算资源分配。仿真结果验证了所提出的算法在减少时延上的有效性。
其他文献
大规模无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)往往由成百上千个传感器节点组成,它被广泛应用于野生动物监测、智能交通控制、重点区域入侵目标检测等场景中,其中目标定位与跟踪是需要研究的关键性问题。大规模WSN中的节点往往采用随机抛洒的方式进行部署,在所有节点上携带定位装置成本高、能耗大,而节点的位置信息是实现目标定位和跟踪的基础;在目标进入监控区域后,由于传感器节点部署
学位
近年来,我国对节能减排和可持续发展的要求日益提高,智能电网作为新时代节能减排的重要手段之一,也迎来了前所未有的发展机遇和挑战。智能电表作为智能电网数据采集的基本设备,其相应的数据传输方式,历来都是重点研究方向之一。而由于传输信道中脉冲噪声的存在,针对高斯白噪声信道设计的同步算法,很难保持原有性能,对接收端的准确同步提出不小挑战。本文以IEEE 802.15.4g为基础,围绕其中的MR-OFDM物理
学位
期刊
流速是海洋和河流的重要水文参数,流速测量是水文观测领域的重要课题。声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是流速测量的常用仪器,其利用多普勒效应,对水流回波分层并计算多普勒频率,得到流速剖面信息。由于实际流速测量环境复杂多变,回波信号的质量容易受到环境的较大影响,单一频率和形式的发射信号难以适应复杂的测流环境。本文针对流速测量的环境特点,分析测流环境对流速估计的影响,提出具有环境适应性的基于多频多信号的A
学位
近年来,为了满足迅速增长的移动互联网通信需求,第五代移动通信技术(The Fifth Generation Mobile Communication System,5G)应运而生。在5G网络的研究过程中,为了进一步提升能量效率与频谱效率、改善网络架构、降低运维成本,研究者提出了被称为云计算无线接入网络(Cloud Radio Access Network,C-RAN)的新型天线部署架构。其中,考虑
学位
DNA分子通信(DNA-based molecular communication)是指利用DNA作为信息传输载体,与分子通信类似是通过分子运动完成信息传输过程。由于DNA分子具有稳定性、高密度等信息存储特性,是一种理想的信息存储介质,能改善分子通信信息传输效率低的现状,且与传统电磁通信相比,DNA分子通信具有低能耗、生物相容,高稳定性等特点,因此DNA分子通信系统在生物医学、环境、工业及军事等领
学位
随着万物互联(Internet of Everything,Io E)时代到来,大规模的Io E设备被部署到环境中,它们通过彼此交互为人们生活提供了极大的便利。然而传统的电池供应方式难以满足设备愈发复杂的能量需求,无线数能供应(Wireless Information and Energy Provision,WIEP)技术应运而生。WIEP系统利用射频(Radio Frequency,RF)信号
学位
多锅炉共用脱硫塔燃煤电站中的母管制烟道系统结构复杂,极易因风机跳停引发多机组炉膛压力冒正非停以及脱硫塔和烟道压力冲击损坏。然而,大多数电厂的母管制烟道系统运行和操作水平较低,针对于生产实际中增压风机跳停事故的应对方案制定及其优化主要依赖经验、缺乏理论指导,难以兼顾系统的经济性和稳定性,且稳定工况下的运行能耗问题也有一定的优化空间。为此,本文以某360 MW热电厂9炉7塔的母管制烟道系统为研究对象,
学位
时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)给普通的以太网带来了高实时性、高可靠性的优势,使其在工业控制领域应用颇多。随着航空电子的发展,光纤通道(Fibre Channel,FC)——一种高速的数据传输协议逐渐取代传统的航电数据总线。近年来有学者将时间触发机制(Time-Triggered Mechanism,TTM)与FC网络相结合,即TT-FC,TT-FC网络将消
学位
混凝土作为世界上使用最广泛的建筑材料之一,关于其耐久性的研究越来越受到关注。每吨水泥的制备过程中能产生0.9吨的二氧化碳,在世界范围内,制造水泥时所产生的二氧化碳约占全年人造二氧化碳的6%-7%。而提高混凝土的耐久性能在一定程度上减少水泥的生产,对减少碳足迹具有十分重要的意义,有利于绿色可持续发展。混凝土的耐久性与水分子和离子在其纳米孔道中的传输有紧密联系,而该领域在宏观层面上的研究也已经相对成熟
学位