应急环境下基于无人机辅助的通信覆盖策略研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lizhuang1022
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灾难具有突发性、破坏性等特点,可能导致传统地面基础通信设施损坏,短时间内无法恢复正常通信服务的应急环境出现。而无人机由于高机动性、高视距链路等优势,可以在第一时间内搭载通信设备实现对应急区域的覆盖,并提供满足地面用户的高视距链路通信需求。但无人机机载能量有限、应急区域用户分布不均以及多无人机难以协同控制等问题,严重制约着无人机对应急区域的覆盖性能。高效的无人机通信覆盖策略可以及时辅助灾后救援,延长通信系统的网络寿命,满足高效救援行动的需求。因此,研究基于应急环境下的无人机辅助通信覆盖策略具有重要的现实意义。本文通过对灾后用户分布不均的复杂场景进行分析,研究了适用于灾后用户分布复杂情况下的无人机通信覆盖策略,主要研究内容如下:1.针对灾后场景具有的特殊性,本文提出一种应急环境下无人机巡航通信覆盖策略。该策略采用无人机以巡航方式辅助通信,通过设置满足用户通信的最小数据量,将目标区域栅格化为多个单元格;然后根据用户分布特点分别采用飞行-通信或悬停-通信协议以辅助通信;通过优化无人机飞行速度,并提出基于内螺旋的巡航通信覆盖算法(IS-CCC)规划无人机巡航轨迹,实现无人机的巡航通信覆盖。仿真结果表明,该策略能够实现用户分布复杂区域的节能巡航通信覆盖。2.为了实现灾后目标区域的长期覆盖,并提升通信系统寿命以及通信效率,进而提出一种基于深度强化学习的多无人机通信覆盖策略(DRL-MCCS)。该策略将多无人机覆盖单元格的覆盖率指数、公平覆盖指数和平均能量效率等参数与多无人机的状态空间、行为空间以及奖励等进行结合,从而将多无人机辅助通信过程建立为随机博弈,并通过深度强化学习方法对多无人机进行集中式训练、分布式执行,实现多无人机满足目标区域覆盖下的协同控制。仿真实验证明,所提策略能够满足用户分布复杂区域的长期协同覆盖,并实现多无人机巡航通信的节能降耗。
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