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  • 無人機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
  • (英)穆罕默德·阿里·伊姆蘭 (英)奧盧瓦卡約德·奧尼雷蒂 (英)舒賈·安薩里 (英)卡默爾·H.阿巴斯
  • 987字
  • 2025-04-09 18:28:53

1.5 無人機(jī)支持的無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵研究挑戰(zhàn)

本節(jié)討論了在實(shí)際部署中無人機(jī)作為空中無線節(jié)點(diǎn)所面臨的一些關(guān)鍵研究挑戰(zhàn)。

1.5.1 無人機(jī)的最佳部署

基于無人機(jī)的通信中,關(guān)鍵研究挑戰(zhàn)之一就是懸停無人機(jī)的最佳三維部署。無人機(jī)的機(jī)動性和高度可調(diào)整的能力為無人機(jī)的有效部署提供了新的可控量,以提高網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍。事實(shí)上,在無人機(jī)通信中,無人機(jī)的部署比傳統(tǒng)的地面通信更具挑戰(zhàn)性,因?yàn)榭諏Φ貍鞑サ奶匦噪S著無人機(jī)的位置而改變。為了有效地部署無人機(jī),還必須考慮無人機(jī)的飛行時間和能量限制,因?yàn)樗鼈儠绊懢W(wǎng)絡(luò)的性能。此外,合作信道干擾和無人機(jī)空中碰撞的可能性使得同時部署多個無人機(jī)更具挑戰(zhàn)性。另一個重要挑戰(zhàn)是在有地面網(wǎng)絡(luò)情況下的無人機(jī)部署。現(xiàn)有文獻(xiàn)廣泛討論了無人機(jī)部署問題,包括覆蓋率最大化[17,29,30,33,33]、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)收集[31]、無人機(jī)輔助無線網(wǎng)絡(luò)[27]、災(zāi)難場景[49]和緩存應(yīng)用[22]

1.5.2 無人機(jī)軌跡優(yōu)化

可移動無人機(jī)的最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)是無人機(jī)通信的一個重要問題。具體來說,最優(yōu)路徑規(guī)劃器對于從地面?zhèn)鞲衅魇占途彺鏀?shù)據(jù)的無人機(jī)來說至關(guān)重要。無人機(jī)的軌跡優(yōu)劃主要受目標(biāo)區(qū)域的尺寸、任務(wù)的飛行時間、地面用戶的預(yù)期服務(wù)質(zhì)量要求以及能量限制的影響。除了物理參數(shù)外,無人機(jī)軌跡優(yōu)化在分析上是一個具有挑戰(zhàn)性的問題,因?yàn)樗婕芭c無人機(jī)位置相關(guān)的固定數(shù)量的變量優(yōu)化[1]。此外,無人機(jī)軌跡優(yōu)化需要將無線通信中的不同預(yù)期服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)與無人機(jī)的移動性相耦合。最近,有許多關(guān)于無人機(jī)與其無線通信指標(biāo)聯(lián)合的軌跡優(yōu)化研究,如參考文獻(xiàn)[50-52]中的吞吐量最大化和參考文獻(xiàn)[53,54]中的節(jié)能無人機(jī)通信。

1.5.3 能量效率和資源管理

當(dāng)無人機(jī)在關(guān)鍵場景下運(yùn)行時(如收集物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)、保障公共安全、支持蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)),需要關(guān)注其能量效率和資源管理。資源管理是無人機(jī)通信中的一個主要挑戰(zhàn),這與蜂窩通信不同[55]。然而,由于無人機(jī)飛行時間、移動模式、有限的能源和頻譜效率之間的相互作用,無人機(jī)通信在無線電資源管理方面引入了額外的障礙。因此,參考文獻(xiàn)[56]中將資源管理與無人軌跡規(guī)劃進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化。

電池驅(qū)動的無人機(jī)可用的機(jī)載能量有限,必須用于推進(jìn)和完成通信相關(guān)任務(wù)[5]。連續(xù)和長期的無線覆蓋限制了無人機(jī)的飛行時間。無人機(jī)的能量消耗還取決于其路徑、天氣狀況和無人機(jī)的任務(wù)。因此,在規(guī)劃基于無人機(jī)的通信系統(tǒng)時,必須明確地考慮到無人機(jī)的能量限制。多項(xiàng)工作都研究了能源效率和最佳無人機(jī)軌跡之間的相互作用[53-55]

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