一种支持移动自组网通信的多无人机中继网络
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Mesh 无线自组网系统一、MESH简介Mesh无线自组网系统是采用全新的“无线网格网”理念设计的移动宽带多媒体通信系统。
系统所有节点在非视距、快速移动条件下,利用无中心自组网的分布式网络构架,可实现多路语音、数据、图像等多媒体信息的实时交互。
同时,系统支持任意网络拓扑结构,每个节点设备可随机快速移动,系统拓扑可随之快速变化更新且不影响系统传输,整体系统部署便捷、使用灵活、操作简单、维护方便。
二、系统优势•无中心组网,可应需灵活部署,无需机房及传输网等基础设施支持,能够任意架设组网,可通过多跳中继组网,进而扩大覆盖范围。
•专网专用,无线传输链路无任何链路费用或者流量费用。
•支持分级分组及漫游组网,实现扩大系统通信容量。
•具备跳频功能,有效提升抗干扰、抗跟踪能力;引入数字滤波功能,有效抑制远端干扰。
同时,采用ARQ传输机制,降低数据传输丢失率,提升数据传输可靠性。
•数据透传支持各种业务数据无差异化透传。
具备宽带传输能力,可支持清晰语音、宽带数据和高清视频等多媒体业务。
•图像具备自适应调整能力,充分保障数据、视频等业务的连续性和流畅性。
•采用COFDM技术,抗多径能力强。
•采用双天线,天线1与天线2支持TDD双发双收,可发射/接收分集。
三、应用领域无线Mesh自组网系统可满足大型活动安保巡逻、城市反恐维稳指挥、抢险救援指挥调度、消防应急通信指挥、舰船编队岸海互通等多种复杂通信需求,广泛适用于警队、消防、电力、石油、水利、林业、广电、医疗、水上及空中通信等部门领域。
四、系统特点无中心同频自组网Mesh无线自组网系统为无中心同频系统,所有节点地位对等,单一频点支持具备TDD双向通信,频率管理简单,频谱利用率高。
任意节点设备在网络中均可作为末端节点、中继节点或指挥节点使用。
在任何时间任何地点,不依靠任何其它的固定通信网络设施(如光纤、铜缆等),可迅速建立无线通信网络。
所有无中心同频自组网设备,包括室外固定台、车载台及单兵便携台等,只需开机上电就可自动组成无线网状网,相互之间实时通信。
无人机通信中继原理
嘿,大家知道无人机通信中继是咋回事不?其实啊,就好像我们玩接力赛跑一样。
无人机呢,就像是那个中间帮忙传递接力棒的人。
想象一下,有两个地方需要通信,但是它们之间直接通信有点困难,就像两个人站得太远喊话听不清一样。
这时候,无人机就飞过来啦。
它接收一方发出的信号,就像接住了接力棒,然后再把这个信号传递给另一方,就像把接力棒传给下一个人。
比如说,在一个大山里,山这边的人和山那边的人不好直接联系,这时候派个无人机上去,它就在中间起到了桥梁的作用。
它把这边的信息“背”在身上,飞到另一边去“告诉”对方。
无人机通信中继的原理就是这么简单有趣呀,它就是个信号的“搬运工”,让通信变得更加顺畅和容易啦!怎么样,是不是很好理解呀?。
无人机在通信中继中的应用是一个充满潜力的领域。
无人机具有灵活、快速、高效的特点,可以作为通信中继设备,为偏远地区或紧急情况下的通信提供支持。
下面将从背景、技术原理、应用优势、应用场景和挑战以及未来发展等方面,探讨无人机在通信中继中的应用。
一、背景随着科技的不断发展,无人机在许多领域得到了广泛应用,如航拍、物流、灾难救援等。
而在通信领域,无人机作为通信中继设备,能够将信号从低地球轨道传输到地面,解决地面基站覆盖不足的问题。
特别是在偏远地区、灾害现场等通信困难的情况下,无人机通信中继能够为救援队伍提供更加快速、准确的通信支持。
二、技术原理无人机作为通信中继设备,主要通过无线传输技术来实现。
无人机可以搭载天线和无线传输设备,将信号从地面接收并传输到其他通信设备或互联网。
同时,无人机可以通过卫星、空中基站等方式与地面进行通信,实现信号的中继和放大。
此外,无人机还可以通过搭载高清摄像头和图像传输设备,实现远程监控和实时传输。
三、应用优势1. 快速部署:无人机可以快速部署并投入使用,不受地形和基础设施的限制。
2. 高效传输:无人机能够实现大范围、高带宽的无线传输,提高通信效率。
3. 灵活机动:无人机可以适应各种复杂环境,为救援队伍提供灵活的通信支持。
4. 降低成本:相较于传统通信设备,无人机的使用成本较低,且无需铺设光纤等基础设施。
四、应用场景和挑战1. 灾害救援:在灾害现场,无人机可以快速搭建通信中继,为救援队伍提供准确的灾情信息和及时的救援支持。
2. 偏远地区:在偏远地区,无人机可以作为通信中继设备,为当地居民提供基本的通信服务。
3. 面临挑战:无人机通信中继也面临一些挑战,如信号衰减、干扰、电池寿命等问题。
此外,无人机飞行也需要遵守相关法规和安全标准。
五、未来发展随着技术的不断进步和应用的不断拓展,无人机在通信中继领域的应用前景广阔。
未来,无人机将更加智能化、小型化、高效化,能够适应更多的应用场景和需求。
无人机中继器原理
无人机中继器是一种利用无人机作为信号中继设备的技术。
其
原理是通过无人机携带的通信设备和信号中继设备,将信号从发送
端传输到接收端,从而扩大通信覆盖范围和增强信号传输的稳定性。
从技术角度来看,无人机中继器的原理涉及到无人机上搭载的
通信设备和信号中继设备。
无人机上的通信设备可以接收来自发送
端的信号,然后通过信号中继设备进行处理和放大,再将信号转发
到接收端。
这样一来,无人机作为中继器的角色,能够在信号传输
过程中起到连接发送端和接收端的作用,从而实现信号的中继传输。
另外,无人机中继器的原理还涉及到无人机的飞行控制技术。
无人机需要通过自身的飞行控制系统,保持稳定的飞行状态,并确
保在通信过程中能够准确地定位和移动,以便更好地服务于信号中
继的需求。
除此之外,无人机中继器的原理还包括对通信信号的处理和管理。
无人机需要能够对接收到的信号进行解码和处理,然后再通过
信号中继设备进行放大和转发。
同时,无人机还需要能够对传输过
程中的信号质量和稳定性进行监测和管理,以确保传输的可靠性和
稳定性。
总的来说,无人机中继器的原理涉及到通信设备、信号中继设备、飞行控制技术以及对信号的处理和管理。
通过这些技术手段的综合应用,无人机中继器能够实现信号的中继传输,从而扩大通信覆盖范围和增强信号传输的稳定性。
Ad Hoc网络综述摘要:Ad Hoc 网络是一种新型、多跳、自组织的无线网络,借助于多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离,网络节点能够动态地、随意地、频繁地进入和离开网络,从而拓宽网络的覆盖范围,为用户提供各种服务、传输各种业务。
由于Ad Hoc网络是一种新型的无线移动网络,因其独特的组网特性,使得安全问题成为其发展的最大束缚。
路由协议的安全是自组网安全的一个重要部分。
文中扼要介绍了Ad Hoc 网络的发展历史、概念、主要特点、国内外的研究现状及 Ad Hoc 网络的应用,并指出了Ad Hoc 网络管理面临的问题,重点论述了移动Ad Hoc网络中的安全问题,介绍了多种安全路由的协议和方案,并对其中的三种按需安全路由协议进行了比较,最后提出进一步研究Ad Hoc网络路由安全应注意的问题。
关键词:Ad Hoc网络;无线移动网络;网络安全;安全路由协议;1.引言Ad Hoc网络是一种具有多跳性,无需任何基站支撑的无线自组织移动网络。
在未来移动通信领域,由于Ad Hoc网络无需基站支撑因而具有架设方便等优点,它将广泛应用于移动办公、移动漫游等方面;特别是未来军事战争中,将是不可缺少的无线通信网络。
Ad Hoc网络具有自组织性和拓扑动态变化的特点。
目前Ad Hoc 网络的研究热点问题为路由协议、服务质量、MAC 协议、与蜂窝移动通信系统的整合、安全性问题。
Ad Hoc 网络既可以作为一种独立的网络运行,也可以作为当前具有固定设施网络的一种补充形式,在恶劣环境中支持移动节点之间的数据、语音、图像和图形等业务的无线传输,应用范围可以覆盖工业、商业、医疗、家庭、办公环境、军事等各种场合。
本篇综述概括了2004-2009年的关于Ad hoc网络的发展历程、前景、设计理念、网络安全设计以及安全路由协议等方面的参考文献,集中了关于Ad hoc网络的最新技术理念。
2.概述Ad Hoc自组网作为一种新型的无线移动网络,不像传统的无线网,它不依赖于任何固定设施,而是通过移动节点间的相互协作保持网络互联。
MESH自组网介绍及应用
1、概述
宽带自组网通信系统主要由各种类型的自组网设备组成,常用的自组网设备主要分为三种形态,包括:固定台、机载台、车载台、背负台和手持台。
无线宽带自组网是一种新型的先进通信技术,是由一组带有无线收发装置的可移动节点所组成的一个临时性多跳自治系统,采用OFDM波形技术和Mesh网络技术,它不依赖于预设的基础设施,可临时、动态、快速构建一个无线IP网络,是一种具有网络自动组织,自动愈合,快速部署、多跳传输,高带宽,支持高速移动,抗干扰、抗摧毁,能够传输基于IP 的多媒体业务(视频、语音、数据)等显著技术特点的无线通信系统。
宽带自组网系统支撑数据、话音、视频等多媒体业务多跳传输,可应用于野外作业、临时会议、楼宇通信、环境监测、车辆组网、无线图传、矿井作业等场合。
2、系统组成
宽带自组网系统设备样式多样,可以根据具体应用场景灵活配置,典型的应用是多跳中继,将自组网车载台部署在通信指挥车,依托无人机平台部署自组网机载台,任务人员可根据传输距离的需求,携带背负不同功率的自组网设备(背负台,手持台)。
基于定向天线的移动自组网技术研究综述基于定向天线的移动自组网技术是指利用定向天线技术来提高移动自组网的性能和效果的一种技术手段。
本文将从移动自组网的基本概念入手,综述基于定向天线的移动自组网技术的研究进展、挑战和应用场景等方面,总结该技术的优势和不足,并展望未来的发展方向。
移动自组网是一种无线自组织的网络,由一组移动节点组成,节点之间可以通过无线连接进行通信与协作,没有固定的基础设施。
因此,移动自组网具有灵活、自适应、低成本、易于部署等特点,适用于需要临时性网络连接的应用场景,如紧急救援、野外勘察等。
然而,由于自组网的节点数量较大,节点之间的通信距离较远,传统的无线通信技术在容量、覆盖范围和能耗等方面存在一定的限制。
基于定向天线的移动自组网技术通过利用定向传输和接收信号的特点,可以提高通信的可靠性、容量和覆盖范围,减少能耗,进一步提升移动自组网的性能和效果。
近年来,众多学者对基于定向天线的移动自组网技术进行了深入的研究。
其中,研究重点包括定向天线的设计与优化、定向传输和接收的算法与协议、定向天线网络的部署与调度、移动自组网中的定向天线资源分配和切换策略等。
通过这些研究工作,相应的技术和方法得到了很大的改进和提高,使得基于定向天线的移动自组网技术在容量、能耗和通信质量等方面取得了显著的改善。
然而,基于定向天线的移动自组网技术仍然面临一些挑战和问题。
首先,定向天线设计和优化需要克服多径效应、信号衰减和天线指向问题等困难。
其次,大规模移动自组网中的定向传输和接收算法需要具备高效的路径选择和调度策略,以满足不同节点的通信需求并保证整个网络的稳定性。
此外,基于定向天线的移动自组网技术的部署和调试也需要考虑节点位置、信道状态、天气条件等因素,以保证网络的性能和效果。
基于定向天线的移动自组网技术具有广泛的应用场景。
例如,基于定向天线的移动自组网可以应用于无人机网络、智能车辆网络、无线传感器网络等多种适用于多目标追踪、多跳通信、高速传输等应用场景。
信息通信INFORMATION & COMMUNICATIONS2019年第10期(总第202期)2019(Sum. No 202)移动自组网OLSR 路由协议研究闫朝峰(中国联合网络通信有限公司陕西省分公司,陕西西安710000)摘要:移动自组织网络具有移动、多跳和无中心等特点,可以快速灵活的组建网络,广泛应用在抗灾抢险、作战系统、科考探险等场景。
使用MATLAB 仿真软件,对最优链路状态路由协议进行仿真分析。
实验结果表明,随着节点数目显著增加,OLSR 协议路由的传输时间依然较短、传输跳数较少。
因此,在规模较大、节点密集的移动自组网络中,使用OLSR协议能缩短的数据传输时间。
关键词:移动自组网;MANET ;先验式路由;OLSR ;网络拓扌卜;MPR ; MATLAB中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1673-1131(2019)10-0177-030引言移动自组织网络(MANET)是一种支持动态拓扑结构、节 点任意移动的自组织网络,具有移动、多跳和无中心的特点,该网络无需固定基站可快速组网进行通信叫MANET 可以在任何时间,任何地点快速构建起一个通信网络,网络中的任意节点都具有主机和路由转发的功能,任何一个节点出现故障 都不会造成网络瘫痪叫当基础通信设施被破坏或不可用时,可以快速、灵活的组建无线通信网络,因此广泛应用在抗灾抢险、作战系统、科考探险等场景。
在无线网络中,路由协议的性能对网络的性能具有重要的影响,因此,如何选择路由对MANET 组网至关重要叫1移动自组网路由协议分类根据MANET 网络的逻辑结构,路由协议分为平面路由协议和分级路由协议,在平面路由协议中,可以将路由协议主要分为先验式路由协议和反应式路由协议叫1.1平面路由协议平面路由协议的主要特点是各个节点的基本功能相同, 地位相等。
平面路由协议组建的网络优点是网络的健壮性好,缺点是网络的可扩展性比较差。
无线Mesh网络之关键技术、架构及应用Mesh 2008-11-15 20:39:08 阅读124 评论0 字号:大中小订阅摘要:本文介绍了无线Mesh网络(WMNs)的概念及特点,简要分析了无线Mesh网络的体系结构及关键技术。
重点对无线Mesh网络应用场景及模式进行了分类归纳,并对未来无线Mesh网络的演进发展方向进行了探讨。
1.无线Mesh网络的概念及特点随着无线通信技术和Internet高速发展,融合二者实现Mobile Internet成为目前的研究热点。
宽带无线Mesh 网络(Wireless Mesh Networks, 又称无线网状网、无线网格网等)也因此越来越多地得到人们的关注。
无线Mesh网络是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构,具有移动宽带的特性。
它由Ad-Hoc 网络发展变化而来,承袭了Ad-Hoc网络动态扩展、自组网、自配置、自管理以及自愈合等优良特性[1]。
无线Mesh网络与传统无线网络相比具有如下特点:(1)无线Mesh网络可以看作是Ad-Hoc网络的商用化版本、是Ad-Hoc与IEEE 802系列网络融合的产物,也可以看作是因特网的一种无线版本。
(2)传输速率高:由于采用多跳传输,减小传输距离,使得路径损耗大大降低,从而获得高的数据速率。
此外,还可融合其他先进空口技术(如OFDM、UWB、MIMO等)进一步提高传输速率。
(3)覆盖范围大:由于支持多跳中继,终端用户可以通过无线路由器或其他节点中转连接至网络。
接入点的覆盖范围大大增加,并且可支持非视距范围的覆盖。
(4)可靠性高:无线Mesh网络配备多条冗余路由。
一旦其中一条链路中断,数据包可自动重新寻路继续传输,不会影响整个网络的运行。
从而避免出现单跳网络中一个节点出现故障,造成大范围服务中断的问题。
(5)网络配置和维护简便快捷:无线Mesh网络所需设备小巧轻便,易于安装。
并且由于其路由选择特性使得链路中断,局部扩容和升级而不影响整个网络的运行。
无人机中继方案简介无人机中继方案是指利用无人机作为信号中继设备,将信号从一个区域传递到另一个区域。
这种方案被广泛应用于无线通信、网络传输、搜索救援等领域,为解决信号传输距离有限、信号弱等问题提供了一种可行的解决方案。
无人机中继原理信号中继信号中继是指将接收到的信号再次发送出去,以增加信号传输的距离或覆盖范围。
传统的信号中继设备通常通过有线方式连接,而通过无人机进行信号中继可以突破地理限制,提供更广阔的覆盖范围。
无人机中继方案无人机中继方案通常采用以下步骤: 1. 无人机接收信号:无人机搭载接收设备,接收来自传输源的信号。
2. 数据处理:无人机将接收到的信号进行处理,如解码、解密、纠错等。
3. 信号放大:无人机将处理后的信号进行增强,以增加信号传输的距离。
4. 信号发送:无人机将放大后的信号发送到目标区域。
5. 信号接收:目标区域内的接收设备接收到无人机发送的信号。
6. 数据处理:目标区域内的设备对接收到的信号进行处理,如解码、解密、纠错等。
7. 信号终端:目标区域内的设备将信号传递到终端用户。
无人机中继方案的优势覆盖范围广相比传统的有线信号中继设备,无人机中继方案能够突破地理限制,实现跨越山脉、海洋等复杂地形的信号传输,覆盖范围更广。
灵活性高无人机中继方案具有较强的灵活性,无须搭建、维护固定的信号中继设备,可以根据需求随时部署和撤离。
这种灵活性使得无人机中继方案在应急救援、临时通信等场景中具有重要价值。
可移动性强无人机中继设备可以在空中自由移动,能够快速到达信号盲区,为那些传统固定信号中继设备无法覆盖的区域提供信号支持。
无人机中继方案的应用无线通信无人机中继方案在无线通信领域得到广泛应用。
例如,在偏远地区无法建设通信基站时,无人机中继设备可以提供临时的通信支持。
此外,在突发事件中,无人机中继方案也可以提供紧急通信的手段。
网络传输无人机中继方案也被用于网络传输领域。
例如,将无人机作为移动网络中的信号转发节点,提供临时的网络覆盖,以满足活动、演出等需求。
ISSN 100020054CN 1122223/N 清华大学学报(自然科学版)J Tsinghua Univ (Sci &Tech ),2011年第51卷第2期2011,Vol.51,No.22/281502155一种支持移动自组网通信的多无人机中继网络徐赞新, 袁 坚, 王 钺, 张耀东, 衣龙腾, 霍金海, 冯振明(清华大学电子工程系,北京100084)收稿日期:2010209201基金项目:国家自然科学基金资助项目(60932005);国家“九七三”重点基础研究项目(2007CB30710022007CB307105)作者简介:徐赞新(1978—),男(汉),浙江,博士研究生。
通信作者:袁坚,教授,E 2mail :jyuan @t 摘 要:针对移动自组网中移动和活动范围扩大等因素导致网络连通性的变化问题,该文提出一种支持移动自组网通信的多无人机中继网络。
通过场景分析与系统建模,定义了地面节点与无人机连通率、地面节点跨域通信连通率、无人机连通率,提出了一种加权质心的单无人机飞行模型,设计了多无人机中继网络的飞行控制方法。
仿真分析了地面节点的活动区域、移动速度以及通信业务对3种网络连通率的影响,比较了基于加权质心方法与质心方法在支持网络连通率上的不同。
结果表明:加权质心方法在支持地面节点跨域实时通信上的能力要优于质心方法,但前者在支持地面节点与无人机间连通率的能力上要差于后者。
关键词:移动自组网;无人机;连通率;中继中图分类号:TP 393.03文献标志码:A文章编号:100020054(2011)022*******UAV relay netw ork to provide communicationsin mobile ad hoc net w orksX U Zanxin ,Y UAN Jian ,WANG Y ue ,ZH ANG Y aodong ,Y I Longteng ,H UO Jinhai ,FE NG Zhenming(Dep artment of E lectronic E ngineering ,Tsinghu a U niversity ,B eijing 100084,China)Abstract :Network connectivity can be affected by mobile networks mobility and extensions of t he active area.This paper present s amet hod using an unmanned aerial vehicle (UAV )relay networks to support communication in mobile ad hoc networks.System models are given for ground node to UAV connectivity ,ground node to ground node via UAV connectivity ,and UAV to UAV connectivity.This paper also present s a weighted centroid UAV flight model wit h a flight cont rol met hod for t he UAV relay network.Simulations analyze t he impact of t he ground node active region ,speed ,and communication met hods on t he t hree types of network connectivity.The simulations also analyze t he performance of t he weighted centroid UAV flight met hod and t he centroid UAV flight met hod.The simulations show t hat t he weighted centroid UAV flight met hod more effectively support s ground node intra 2domain communication t han t he centroid UAV flight met hod while t he weighted met hod is less effective in supporting ground node connections to t he UAV.K ey w ords :mobile ad hoc network ;unmanned aerial vehicles (UAV );connectivity ;relay当前,移动自组网应用面临的一个严峻问题是由于网络移动和活动范围扩大等因素所导致的网络连通性的变化问题。
针对该问题的一个有效办法是引入强中继节点,为移动中的网络节点提供中继通信,以提升网络的连通性。
随着无人机技术和无线网络通信技术的发展,将具有无线通信组网能力的无人机组成移动的中继网络,以支持移动自组网通信的研究正受到越来越多关注[125]。
目前,将多无人机引入移动自组网通信应用的研究正处于起步阶段。
已有一些研究侧重于讨论相对静态网络场景下的无人机布置问题。
这类研究在假定网络节点坐标已知的条件下构造最优化问题,通过启发式算法[6]、退火算法[728]等方法求解所需无人机数目及其最优位置,一旦地面网络发生移动,则需要重新计算。
上述研究并未考虑无人机的动态维持问题,也没有讨论地面网络移动和无人机移动对网络连通性的影响。
Prit hwish Basu 等人提出了一种类似鸟类群集的规则用于多无人机移动中继网络连通性的维持[9]。
在本地群集规则的控制下,无人机中继网络主动地跟踪地面网络的移动,从而使尽可能多的地面节点能够连接到无人机中继网络。
但是他们没有讨论节点的实时通信对系统性能的影响。
本文提出一种支持移动自组网通信的无人机中继网络。
其中,无人机中继网络无需事先获取地面网络节点的位置信息,而是通过周期地收集地面节点的位置信息,根据地面节点的位置信息实时地调整自身的飞行轨迹,以尽可能地跟上地面网络节点徐赞新,等: 一种支持移动自组网通信的多无人机中继网络151 的移动,从而为地面网络节点提供移动中的中继通信。
此外,本文提出了一种基于加权质心方法的单无人机飞行模型,设计了无人机中继网络的飞行轨迹更新方法。
基于O PN ET 网络仿真软件实现了无人机中继网络的仿真系统,仿真分析了地面节点的活动区域、移动速度以及通信业务对网络连通性的影响。
1 场景和定义1.1 场景描述考虑如图1所示的无人机中继网络支持地面移动自组网通信的应用场景。
其中,地面移动节点以群移动模式运动;在同一个群中,节点可以通过移动自组网原有的路由协议进行通信;不同群间的节点无法直接通信,需通过无人机的中继才能通信。
地面移动节点周期地向无人机中继网络发送包含最新位置信息和身份标识(ID )的信标信号。
无人机中继网络获取拓扑与通信状态信息并共享。
基于局部的信息共享,每一架无人机周期地计算当前的最优位置,并结合本地飞行准则动态地调整飞行轨迹,以跟踪上地面网络节点的移动。
图1 多无人机中继网络示意1.2 网络连通率定义每架无人机覆盖的网络区域称为“域”,每个域包含一个或多个地面节点群,域中的地面节点称为域的“成员”。
由于同域内的通信问题属于移动自组网的拓扑控制问题,本文暂不考虑。
着重讨论地面节点与无人机节点、地面节点跨域通信以及无人机节点间的网络连通性问题。
定义3种连通率评价网络连通性。
地面节点与无人机节点连通率(记为G 2U 连通率) 即地面节点与无人机处于连接状态的时间占总时间的比率。
G 2U 连通率体现了无人机中继网络为地面节点提供接入服务的效能。
地面节点跨域通信连通率(记为G 2U 2G 连通率) 即源节点和目的节点通过无人机中继同时保持连接的通信次数比上总通信次数。
G 2U 2G 连通率越高,说明跨域通信链路越稳定。
无人机连通率(记为U 2U 连通率) 即无人机中继网络中,任意2个无人机之间可以通信时间占总时间的比率。
U 2U 连通率越高,无人机中继网络维持自身网络连通性的效能越高。
2 多无人机中继网络2.1 单无人机问题如图2所示,在单无人机应用场景下,无人机周期地收集地面节点的最新位置和通信状态信息,并根据收集到的信息计算当前的最优位置,其目标是为地面节点提供尽可能好的中继通信。
图2 单无人机问题为了简单起见,假设地面节点处于同一水平面,无人机的飞行高度近似不变。
在t -1时刻,无人机的平面坐标为P UAV (t -1),与之相连的地面节点数目为M (t -1)。
在t 时刻,与之相连的地面节点数目变为M (t )。
此时,无人机的目标是根据这M (t )个地面节点的信息计算t 时刻的最优位置 P UAV (t )。
计算最优位置问题可化为以下约束优化问题:min J =6M (t )i =1w i (t )‖P i (t )-P UAV (t )‖2,(1)s.t. Z min ≤P UAV (t )≤Z max ,(2)6M (t )i =1w i (t )=1.(3)其中:Z max 和Z min 分别为地面节点活动区域的上下边界;P i (t )是节点i 在第t 时刻的平面坐标;w i (t )是节点i 在t 时刻的权重;‖P i (t )-P UAV (t )‖指地面节点i 与无人机在t 时刻的欧氏距离;将目标函数J 对P UAV (t )求导,并令其为0,即:152 清华大学学报(自然科学版)2011,51(2)9J9P UAV (t )=0.(4)由上式可解得最优位置 P UAV (t )为:P UAV (t )=6M (t )i =1w i (t )P i (t ).(5)式(5)说明 P UAV (t )是地面成员节点坐标的加权和,即成员节点的最优加权质心。
在(5)式中,令w i (t )=1/M (t ),即每个成员节点的权重相等,为节点总数的倒数,在该权重设置下的无人机最优位置为地面成员节点的质心。
根据式(5)提出一种基于加权质心模型的单无人机飞行方法,该方法周期地执行,描述如下: 收集成员节点的坐标和通信状态信息; 根据通信状态信息,为成员节点分配权重; 计算成员节点的加权质心;在最大转弯角约束下,飞往加权质心的正上空;重复下一个周期。