异构网络中考虑无人机的分布式协作策略研究

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随着信息通信技术的发展,未来网络部署呈多制式、异构化趋势。与此同时,用户的设备数量呈爆炸式增长,未来百亿级设备将入网,给现有基站带来极大的压力,网络通信、缓存和计算需求急剧增加。无人机辅助异构网络有增加维度、建立视距链路、部署简单快速和成本低等优势。能实现分布式自组网,满足用户高速率、低时延的通信需求,缓解现有基站的服务压力,因此,无人机辅助异构网络受到广泛关注。在无人机辅助异构网络场景中,无人机部署灵活、成本较低。但是单个无人机的能力有限,难以支撑多任务,因此需要考虑多无人机协作部署,合理规划、分配无人机完成任务。无人机能量有限,影响其使用寿命,不能为用户提供不间断的服务。因此本文以无人机辅助异构网络的协作技术为研究重点,结合无人机的部署、中继和路径规划等关键技术。针对无人机位置部署和能耗问题,分别提出分布式协作部署策略和持续覆盖策略,以满足用户传输速率需求,降低能耗,实现持续覆盖。本文具体工作和创新点如下:第一,针对无人机辅助基站中单个无人机能力不足的问题,提出了一种多无人机分布式协作的三维部署方案。考虑无人机分布式自组网模型,提出一种预分簇半径扩展部署算法。在该算法中,对随机分布的用户进行预分簇处理。在用户数据传输速率和部署策略的约束下,对无人机部署坐标进行求解,使无人机能极大的覆盖用户设备,最大限度的为用户提供服务。仿真结果表明,该方案和算法通过无人机的分布式自组网,提高覆盖率。第二,针对无人机能量有限无法持续覆盖的问题,提出了一种无人机分布式协作,保持持续覆盖的策略。通过无人机之间的自组网,中继回传电量不足信息到宏基站,通知宏基站派遣辅助无人机替代电量微弱的无人机,提供不间断服务。在该策略中联合考虑信息的传输能耗和辅助无人机的推动能耗,提出中继选路和路径规划两个子问题,使用迪杰斯特拉和凸优化算法进行求解。仿真结果表明,该策略能够降低能耗。
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