无人机自组网按需覆盖与通信优化技术研究

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由于无人机的飞行特性,将无人机作为空中基站来为地面用户提供按需覆盖的通信支持会成为研究的热点方向,特别是在临时需求的任务,例如灾后救援网络,热点区域覆盖和军事行动中有着重要作用。在许多应用中,无人机相互连接以组成一个无人机自组网,其中一项富有挑战性的工作就是如何部署无人机群以完成按需覆盖,同时还能够保持无人机自组网的连通性。针对这一问题,本文首先研究了无人机自组网的按需覆盖问题,之后提出了一种用户接入策略来实现无人机基站之间的负载均衡。此外,本文还研究了如何优化网络通信量以减少无人机之间非必要的通信。首先,本文提出了一种基于虚拟力场的无人机网络按需覆盖部署方法。虚拟力场由三种虚拟力构成:(1)来自目标区域的引力,该引力吸引无人机向目标区域移动,将不同目标区域周围的无人机聚集并连接在一起;(2)无人机之间的排斥力,无人机之间的距离小于它们的最佳距离时,它们之间产生排斥力使彼此远离以防止无人机对区域的重复覆盖;(3)两目标区域之间连线(引力线)所产生的垂直指向该连线的引力,这一引力将吸引无人机在不同目标区域的无人机集群之间形成多跳的连接。每个无人机都将完全分布式地根据虚拟力场来移动到何时的位置。经过实验验证,这一方法部署结果理想,收敛时间短,网络中各无人机的移动公平性高,且可以容忍GPS误差。其次,本文分析了空域中的用户流量,并进一步改进了基于虚拟力的部署方法。改进的方法在原来的基础上考虑了用户的影响和无人机基站之间的负载均衡。接下来本文提出了一种新的用户接入策略,此策略促使用户优先接入可用范围内已连接用户数最少的无人机基站。仿真实验比较了本文提出的用户接入策略和传统的最大信干噪比接入策略,说明了本文策略的有效性。最后,本文研究了网络流量的优化,同时还在多智能体决策模型的基础上研究了一种减少无人机之间通信量方法。本文在多智能体决策模型中对两个智能体和多个智能体的情况进行了实验。与不通信和全通信策略相比,本文的方法可以在仅牺牲少量性能的情况下大幅减少通信量。本文的研究结果对减少网络通信量提供了很好的机制与方法。
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