基于逾滲理論的無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的研究*

丁海霞，曾振東，鄧嘉明

（1.江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.廣東青年職業(yè)學(xué)院，廣州 510507；3.嘉應(yīng)學(xué)院信息網(wǎng)絡(luò)中心，廣東 梅州 514015）

0 引言

無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有易部署、配置靈活、視距通信概率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)楝F(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)提供補(bǔ)充覆蓋。此外，無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)也能在極端通信環(huán)境下扮演臨時(shí)基站或者空中中繼的作用。通常，無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicular，UAV）構(gòu)成。大型的無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)可能由上千個(gè)UAVs 組成。

由于UAV 是移動(dòng)的，無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad hoc Network，MANET）特性。與MANET 不同，無(wú)人機(jī)是在空中移動(dòng)，而MANET中的節(jié)點(diǎn)是在陸地上移動(dòng)。無(wú)人機(jī)在空中移動(dòng)速度最高可達(dá)100 miles/h。此外，與傳統(tǒng)的MANET 不同，由于無(wú)人機(jī)是在三維空間中移動(dòng)，無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

部署無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的目的在于特定區(qū)域提供通信服務(wù)。為此，需要保證在這些特定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)不間斷的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。因此，估計(jì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的臨界節(jié)點(diǎn)密度（critical node density，CND）是一項(xiàng)有意義的工作。如果節(jié)點(diǎn)密度大于CND，則可以保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋。此外，最小化CND 進(jìn)而減少成本也是一項(xiàng)有意義的工作。

因此，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋是一項(xiàng)優(yōu)化工作。由于無(wú)人機(jī)是三維的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建此網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題閉合形式的解是非常困難的。對(duì)于不同無(wú)人機(jī)所形成的不同覆蓋區(qū)域的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，它的優(yōu)化問(wèn)題變得更為復(fù)雜。此外，不同的無(wú)人機(jī)海拔高度也不盡相同。這就使得無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)特性。對(duì)于如此復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，尋找優(yōu)化問(wèn)題的解是一項(xiàng)挑戰(zhàn)工作。……