【摘 要】
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近年来,无人机在环境监测和货物运输中得到了广泛的关注。为了维持控制和数据链路的稳定性,无人机需要接入蜂窝网络。由于蜂窝网的频谱资源有限,如何进行合理高效的资源分配是个亟需解决的问题。本文主要根据无人机群接入蜂窝网络后的系统变化,首先分析了无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)与地面人用户(Human-type Communications,HTC)的资源分配问题,接着研究
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近年来,无人机在环境监测和货物运输中得到了广泛的关注。为了维持控制和数据链路的稳定性,无人机需要接入蜂窝网络。由于蜂窝网的频谱资源有限,如何进行合理高效的资源分配是个亟需解决的问题。本文主要根据无人机群接入蜂窝网络后的系统变化,首先分析了无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)与地面人用户(Human-type Communications,HTC)的资源分配问题,接着研究了无人机群间的多址接入问题。1)针对无人机群接入蜂窝网络与地面人用户共存的场景下,本文提出了无人机群和人用户吞吐量动态稳定的资源分配模型。首先创新性的将Aloha协议与生态学的捕食者-被捕食者模型相结合(Ecology-based Aloha System,EB-Aloha),以此来建模无人机群和人用户吞吐量随频谱资源分配动态变化的情况,给出了最佳频谱资源分配比率的范围。仿真结果表明,通过合理的选取频谱资源分配比率,EB-Aloha系统可以动态的为UAV分配资源并且不影响HTC的用户服务质量(Quality of Service,QoS),最终系统内HTC和UAV的流量可以收敛到稳定值。2)无人机群获得HTC的频谱资源后,在无人机间单跳可达的场景下,对无人机群间的多址接入进行了研究。考虑到单跳场景下载波监听多路访问/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance,CSMA/CA)频谱利用率较低的问题,设计了三维场景下基于位置信息的单跳CSMA/CA协议,通过优化发射功率来减小范围,以此来最小化阻塞节点的数量并提升系统吞吐量。此外,本文还考虑了无人机的移动性,计算出了无人机在通信期间可能移动的最大距离。本文还通过马尔可夫模型分析了系统的吞吐量和通信阻塞概率。分析和仿真结果表明,与CSMA/CA相比系统的吞吐量和通信阻塞概率得到了较大的改善。
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