Multi-layer Unmanned Aerial Vehicle Networks: Modeling and Performance Analysis
由于各种类型的无人机（UAV）具有不同的硬件能力，我们建立了多层空中网络（MAN）的基础。首先，将城域网建模为K层AN，每一层具有不同密度、浮动高度和发射功率的无人机。为了使该框架适用于各种情况下，在MAN，我们认为发射机和接收机为导向的节点关联规则，以及空对地和空对空信道模型，形成视线的链接与位置相关的概率。然后重新分析了城域网的关联概率、主链路距离分布、成功传输概率（STP）和区域频谱效率（ASE），并给出了使STP和ASE最大的最优密度的上界。最后，在数值结果中，我们显示了AN的最佳无人机密度，最大化ASE和STP随着网络的高度而降低。我们还表明，当两层AN的无人机总密度固定时，对于低（高）总密度情况，仅对所有无人机使用较高（较低）高度的单层可以获得更好的性能，否则，将无人机分布在两层中，即，MAN，实现更好的性能。
2019-04-02 eess.SP
A Secure and Robust Approach for Distance-Based Mutual Positioning of Unmanned Aerial Vehicles
针对多无人机相互定位中因不准确或恶意测量导致的准确性与安全性挑战，本文提出一种新颖、鲁棒且安全的定位方法以解决这些问题。
2024-01-09 cs.MA eess.SP
Mobile Edge Computing in Unmanned Aerial Vehicle Networks
无人机通信网络在第五代及以后的无线通信系统中具有广阔的应用前景。在本文中，我们介绍了三种支持无人机的移动边缘计算（MEC）架构。这些架构已经收到越来越多的研究关注，以提高计算性能和减少执行延迟，通过将无人机集成到MEC网络。我们提出了一个全面的调查，为国家的最先进的研究在这一领域。重要的执行问题得到澄清。此外，为了提供一个启发性的指导未来的研究方向，关键的挑战和开放的问题进行了讨论。
2019-10-12 cs.GT eess.SP
Secure and Energy-efficient Unmanned Aerial Vehicle-enabled Visible Light Communication via A Multi-objective Optimization Approach
本研究提出一种结合混沌初始化和交叉变异的基于分解的多目标进化算法，优化无人机可见光通信中的无人机部署，以同时提升接收面光功率均匀性、系统安全性和能效。
2024-03-03 cs.SY eess.SP eess.SY
Time-Weighted Coverage of Integrated Aerial and Ground Networks for Post-Disaster Communications
在本文中，我们提出了一种新的三维（3D）网络架构与集成的空中和地面基站（BS）的快速灾后通信恢复。通过利用各自的优势，在响应时间，覆盖区域，和操作持续时间，建议的网络是高度异构的，包括持续的地面BS，地面车载BS，下车BS和飞行BS。为了反映灾后场景中快速通信恢复的重要性和覆盖区域的动态性，我们提出了一种新的性能度量，称为"时间加权覆盖"，这是一个集成的通信覆盖区域乘以加权函数随时间的变化。通过选择不同的加权函数，可以在“快速通信恢复”和"稳定通信覆盖”之间进行权衡。仿真结果表明，与传统方法相比，所提出的空地一体化网络具有很高的实施灵活性，能够显著提高通信覆盖范围。
2020-03-17 cs.IT cs.NI eess.SP
Dispenser Concept for Unmanned Aerial Vehicles (UAV, Drone, UAS)
公开了从自主飞行器装载和分配不同物品的系统、设计和方法。在一个实施例中，描述了用于递送物品的独特的可拆卸分配器的设计以及将物品装载到分配器和从分配器递送物品的智能方法。还描述了分配器的设计、分配器与飞行控制单元和地面控制或基站的相互作用以及基站与物品的发送者或接收者的相互作用。
2017-09-22 cs.CY eess.SP
Software Radios for Unmanned Aerial Systems
随着无人机系统（UAS）新用例的出现，需要实施和广泛测试先进的无线通信技术和系统。这需要一个灵活的平台，用于开发、部署、测试和演示具有地面和空中节点的无线系统，从而实现有效的3D移动通信和网络。在本文中，我们提供了软件定义无线电（SDR）的比较概述，特别关注可用于空中无线实验和研究的SDR硬件和软件。我们讨论了SDR硬件要求，可用的SDR硬件，可以适用于小型无人机的功能，并与这些SDR硬件的一个子集进行功率测量。我们还介绍了SDR软件需求，可用的开源SDR软件，以及SDR软件的校准/基准测试。作为案例研究，我们介绍了AERPAW：高级无线空中实验和研究平台，并讨论了该平台使用SDR可以支持的各种不同实验，以验证/测试未来的无线创新、协议和技术。
2020-05-20 cs.NI eess.SP
An Autonomous Self-Incremental Learning Approach for Detection of Cyber Attacks on Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)
随着自动化系统的技术进步和能力大幅提高，无人驾驶飞行器在没有人类放纵的情况下执行依赖人类的任务的使用也急剧增加。由于无人机严重依赖信息和通信技术，因此很容易受到网络攻击。随着时间的推移，越来越多的先进和新的攻击正在开发和使用。然而，目前的入侵检测系统缺乏对新的和未知的攻击的检测和分类。因此，为了使无人驾驶飞行器具有自主和可靠的操作，需要更鲁棒和自动化的网络检测和保护方案。为了解决这个问题，我们提出了一个自主的自增量学习架构，能够在没有任何人为干扰的情况下自行检测已知和未知的网络攻击。在我们的方法中，我们结合了基于签名的检测与异常检测，以这种方式，基于签名的检测器自动更新其攻击类的异常检测器的帮助下。为了实现这一点，我们实现了一种增量学习方法，更新我们的模型以包含新类而不忘记旧类。为了验证我们提出的架构的适用性和有效性，我们已经实现了它在一个试验方案，然后将其与传统的离线学习方法进行比较。此外，我们基于异常的检测器已经实现了100%的攻击检测率。
2021-12-18 cs.CR eess.SP
Unmanned Aerial Vehicle Swarm-Enabled Edge Computing: Potentials, Promising Technologies, and Challenges
无人机群边缘计算以其广泛的应用范围和灵活的部署方式，在第六代无线通信网络中具有广阔的应用前景。然而，大多数现有的工作集中在由单个或小规模无人机实现的边缘计算上，这与无人机群支持的边缘计算有很大不同。为了促进无人机群边缘计算的实际应用，本文介绍了无人机群边缘计算的研究现状。说明了潜在的应用，架构和实施的考虑。此外，无人机群使能边缘计算的前景使能技术进行了讨论。此外，我们概述了挑战和开放的问题，以阐明未来的研究方向。
2022-01-21 cs.NI eess.SP
For the Thrill of it All: A bridge among Linux, Robot Operating System, Android and Unmanned Aerial Vehicles
Federal University of Paraná (UFPR)（巴拉那联邦大学）
民用无人机（UAV）越来越容易在国内使用。目前，无人机制造商DJI占据了市场主导地位，他们的无人机已经被广泛应用。在全球定位系统（GPS）信号不可靠的情况下，模型线（例如，体模）可以在同时定位和地图绘制（SLAM）（例如，单目视觉SLAM）的帮助下应用于自主导航。在这项工作中，我们提出了一个不同系统之间的桥梁，如Linux，机器人操作系统（ROS），Android和无人机作为一个开源框架，其中万向节相机记录可以流到远程服务器，支持实现自动驾驶仪。最后，我们提出了一些实验结果显示的视频流验证框架的性能。
2020-06-20 cs.RO eess.SP
An Autonomous Spectrum Management Scheme for Unmanned Aerial Vehicle Networks in Disaster Relief Operations
Northern Arizona University（北亚利桑那大学）
研究了无人机（UAV）网络在执行野火监测、搜救和灾害监测等关键任务时的频谱短缺问题。此类应用涉及对高吞吐量数据传输的高需求，例如实时视频流、图像流和语音流，其中分配给UAV网络的频谱可能不足以提供期望的服务质量（QoS）。在这些情况下，空中网络可以从可用的地面网络借用额外的频谱，以换取它们的中继服务。我们提出了一个频谱共享模型，在该模型中，无人机被分为两类中继无人机服务的频谱所有者和传感无人机执行救灾任务，使用所获得的频谱。无人机网络的操作由分层机制管理，其中中央控制器基于其资源分配无人机的任务，并基于受影响区域的优先级确定其操作区域，然后无人机使用无模型强化学习算法自主微调其位置，以最大化个体吞吐量并延长其寿命。我们分析了所提出的方法的性能和收敛性分析，并在不同的情况下进行了广泛的模拟。
2019-11-26 cs.LG cs.NI eess.SP
RSSI-based Outdoor Localization with Single Unmanned Aerial Vehicle
Gebze Technical University（盖布泽理工大学）
传统上，使用多个地面参考节点来执行目标对象的定位。这种模式最近转向利用无人驾驶飞行器（UAV）来定位目标物体。由于同时使用多个UAV定位目标是昂贵且不切实际的，因此通过使用单个UAV来实现该任务变得合乎需要。因此，在本文中，我们提出了一种基于RSSI的定位方法，只利用一个无人机。所提出的方法是基于聚类方法以及奇异值分解（SVD）。所提出的方法的性能进行了验证的实验测量，我们已经设计的无人机和计算机仿真。实验结果表明，该方法的定位精度可达7m，且与迭代次数有关。
2020-04-20 cs.LG eess.SP
Post-Disaster Communications: Enabling Technologies, Architectures, and Open Challenges
在过去十年中，灾害的数量增加了，这些灾害严重影响了通信网络的功能。在6 G的背景下，机载和星载网络为灾难恢复提供了希望，为服务不足的人提供服务，并在灾难中具有弹性。因此，本文调查的国家的最先进的文献灾后无线通信网络，并提供见解，为未来建立这样的网络。特别是，我们首先给出了一个概述的工作调查的一般程序和战略，以抵御任何大规模的灾难。然后，我们提出了灾后通信可能的技术解决方案，如地面基础设施的恢复，安装空中网络，并使用星载网络。之后，我们阐明了灾后网络的技术方面，主要是物理和网络问题。我们介绍了物理层的信道建模，覆盖范围和容量，无线电资源管理，定位和能效方面的文献，并讨论了网络层的集成空间-空中-地面架构，路由，延迟容忍/软件定义网络和边缘计算。本文还提出了有趣的模拟结果，可以提供实用的指导方针，在紧急情况下部署的ad hoc网络架构。最后，我们提出了几个有前途的研究方向，即回程，空中基站的位置优化，以及在部署空中网络时发挥作用的移动性相关方面，如规划其轨迹和随之而来的干扰。
2022-07-19 cs.NI eess.SP
Channel Model in Urban Environment for Unmanned Aerial Vehicle Communications
为了开发和分析可靠的通信链路无人机（UAV），传播信道的精确模型是必需的。城市场景中的无线电信道特性与郊区场景和开阔区域中的无线电信道特性不同，这是由于来自办公建筑物的大量散射路径，特别是当无人机在低空飞行时。我们在清华大学校园里进行了一些测量活动，那里有拥挤的公寓和办公楼。根据测量结果提取了路径损耗模型的主要参数，并提出了一种简化的Saleh-Valenzuela（SV）模型。在K因子和均方根时延扩展分析中，将典型场景中央草坪与办公楼进行了对比。
2018-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Positioning of Multiple Unmanned Aerial Vehicle Base Stations in future Wireless Network
无人机基站是主干网因灾害而无法满足覆盖和容量需求的可靠、高效的替代方案。在本文中，我们考虑最佳无人机部署问题在3D空间的毫米波网络。其目标是同时部署多个空中基站，以完全服务于地面用户。我们开发了一种新的算法来找到一组UAV-BS的可行位置从一组预定义的位置，受到信号干扰噪声比（SINR）的约束，每个相关的用户，UAV-BS的有限的悬停高度约束和受限的操作区约束。我们把这个三维定位问题作为一个l_0最小化问题。这是一个NP难的组合问题。我们将l_0极小化问题近似为非组合l_1-范数问题。因此，我们提供了一个次优算法来找到一组可行的位置，无人机基站操作。分析表明，该算法在满足约束条件的情况下，可以获得一组同时部署多个UVA-BS的位置。
2020-02-18 eess.SP math.OC
Unmanned Aerial Vehicles in Logistics: Efficiency Gains and Communication Performance of Hybrid Combinations of Ground and Aerial Vehicles
无人驾驶飞行器（UAV）在各种智能交通系统（ITS）应用中得到了极大的普及，以提高交通系统的安全性和效率。在这种情况下，最近已经提出了地面车辆（例如送货卡车）与无人机的组合，以协助包裹的最后一英里拾取和递送。虽然飞行器可以通过灵活的路线和并行操作来提高效率，但高度可靠的无线通信也需要用于控制和协调可能以自组织方式行动的许多无人机。在本文中，我们分析了与传统交付相比，无人机在包裹交付中的使用所带来的改进，并提出了一个模拟框架，以进一步量化包裹交付物流的效率收益，并分析不同无线通信选项的性能。为此，我们考虑一个异构车辆路径问题与各种约束。我们考虑了两种方法，关于无人机的调度和恢复，并评估它们的好处，而不是用一个经典的卡车包裹交付。此外，我们还比较了两种网络技术，以实现无人机自组织团队与现实建模环境的协调：一种方法依赖于面向基站的长期演进（LTE），另一种方法是更分散的蜂窝车联网（C-V2X）解决方案。结果表明，通过使用无人机可以节省近40%的时间，并且可以通过利用分散的C-V2X通信来补偿面向基站的LTE方法中城市阴影对网络通信的负面影响
2019-11-07 cs.NI eess.SP
Unmanned Aerial Vehicles Meet Reflective Intelligent Surfaces to Improve Coverage and Secrecy
反射智能表面（RISs）的高可配置性和低成本使其成为增强超第五代（B5G）网络能力的有前途的解决方案。最近的工作建议将RIS安装在无人机（UAV）上，将RIS提供的高网络可配置性与UAV带来的移动性相结合。然而，RIS表示影响UAV的电池寿命的额外重量。此外，还没有详细评估由此产生的链路在通信信道质量和安全方面的实用性。在本文中，我们强调了实际部署具有RIS功能的无人机需要考虑的所有基本功能。我们是第一个展示RIS大小及其功耗如何影响无人机飞行时间的人。然后，我们评估RIS的大小，载波频率和无人机飞行高度如何影响路径损耗。最后，我们提出了一种新的基于粒子群的方法，以最大限度地提高覆盖率和提高传输的保密性，在蜂窝场景的支持下，由无人机携带的RIS。
2022-05-05 cs.CR eess.SP
Cost-Efficient Deployment of a Reliable Multi-UAV Unmanned Aerial System
Research, Technology and Innovation Network (RTIN), The American College of Greece（美国希腊学院研究、技术与创新网络（RTIN））；Aalborg University（奥尔堡大学）
在这项工作中，我们研究了无人机系统（UAS）的可靠性和投资成本之间的权衡，该系统由一组携带无线电接入节点（称为便携式接入点（PAP））的无人机（UAV）组成，部署为一组地面节点（GN）提供服务。使用所提出的算法，一个给定的地理区域被等效地表示为一组圆形区域，其中每个圆表示PAP的覆盖区域。然后，通过将其建模为连续时间的生灭马尔可夫决策过程（MDP），解析地推导出了UAS的稳态可用度。数值计算表明，通过考虑网络的流量需求和分布，可以降低保证一组网络稳态可用性的投资成本。
2022-08-30 cs.ET cs.IT cs.RO
Stereo Vision for Unmanned Aerial VehicleDetection, Tracking, and Motion Control
提出了一种新的无人机检测方法。本研究的目的是为自主式多旋翼无人机开发一种鲁棒的设置，能够视觉检测和跟踪入侵无人机进行实时运动规划。该系统由两部分组成：使用立体摄像机生成三维点云数据的目标检测和应用卡尔曼滤波器进行无人机运动建模的视频跟踪。在探测到入侵者后，猎人可以瞄准并向入侵者发射一张绳网以压制它。计算机视觉，运动跟踪和规划算法可以在安装在猎人无人机上的便携式计算机上实现。
2020-05-07 cs.SY eess.IV eess.SP
Joint Task Offloading and Resource Allocation in Aerial-Terrestrial UAV Networks with Edge and Fog Computing for Post-Disaster Rescue
针对灾后救援场景下无人机计算与续航资源不足的问题，提出结合MEC与VFC的三层计算架构及MVTORA方法，有效提升系统效用。
2023-10-06 cs.GT cs.NI eess.SP
Real-time Framework for Trust Monitoring in aNetwork of Unmanned Aerial Vehicles
无人机（UAV）越来越多地用于各种民用和军事应用，例如遥感、边境巡逻、灾害监测和通信覆盖扩展。然而，仍然容易发生几种网络攻击，例如GPS欺骗攻击、分布式拒绝服务（DDoS）攻击和中间人攻击，以获取其收集的信息或强制无人机执行其请求的动作，这可能会损坏无人机或其周围环境，甚至危及操作现场人员的安全。在本文中，我们提出了一种信任监测机制，其中一个集中的单元（如地面站）定期观察无人机的行为，在他们的运动路径，他们消耗的能量，以及他们完成的任务的数量和测量的无人机的相对信任分数，以检测任何异常行为的实时方式。仿真结果表明，该信任模型能够实时检测出遭受洪水攻击、中间人攻击、GPS欺骗攻击等多种网络安全攻击的恶意无人机。
2020-07-16 cs.MA eess.SP
6G Communication New Paradigm: The Integration of Unmanned Aerial Vehicles and Intelligent Reflecting Surfaces
本文综述面向6G的IRS辅助无人机通信，梳理应用、关键问题、原型、核心技术与现有方案，并指出未来研究挑战。
2025-01-11 cs.NI eess.SP
Experiments with a LoRaWAN-Based Remote ID System for Locating Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)
美国联邦航空管理局（FAA）正在考虑无人机（UAV）的远程身份识别系统。这些系统充当汽车上使用的牌照，但它们使用无线电波传输信息。为了有用，这种系统中的传输需要达到很长的距离，以最大限度地减少捕获这些传输的地面站的数量。LoRaWAN被设计为一种廉价的远程技术，用于物联网的远程通信。几家制造商生产LoRaWAN模块，这些模块在市场上很容易买到，因此是低成本无人机远程ID的理想选择。在本文中，我们介绍了使用LoRaWAN技术作为通信技术的经验。我们识别和定位无人机系统的实验揭示了在本文中记录的此类系统中使用LoRaWAN的几个问题。使用多个地面站，我们可以确定配备LoRaWAN模块的无人机的位置，该模块可以传输无人机远程ID。因此，它可以帮助识别无意或有意飞入禁区的无人机。
2020-04-16 cs.NI eess.SP
A Pilot Study of Smart Agricultural Irrigation using Unmanned Aerial Vehicles and IoT-Based Cloud System
本文介绍了一种基于物联网（IoT）、嵌入式系统和无人机（UAV）的现代信息和通信技术在农业中的移动应用。拟议的农业监测系统是使用Arduino微控制器板、Wi-Fi模块、水泵和电子环境传感器（即温度、湿度和土壤湿度）设计和实现的。无人机在这项研究中的作用是从农场的不同区域收集这些环境数据。然后，自动计算云中每个区域的灌溉水量。此外，开发的系统可以远程监控农场的条件，包括Android移动应用程序上的用水需求，以指导农民。这项研究的结果表明，我们提出的基于物联网的嵌入式系统可以有效地避免在智能农业框架内不必要的和浪费的水灌溉。
2021-01-06 cs.SY eess.SP eess.SY
Securing Mobile IoT with Unmanned Aerial Systems
物联网（IoT）将很快无所不在，数十亿传感器和执行器将支持我们的行业和福祉。物联网设备是嵌入式系统，在大多数情况下使用无线技术连接。服务于物联网的无线网络的可用性，数据的隐私性，完整性和可信度至关重要，因为物联网将推动企业和个人决策。本文提出了一种新的方法，在无线安全领域，利用先进的无线技术和无人机系统或车辆（UAS或UAV）的出现。我们考虑了窃听问题，并分析了无人机如何帮助减少或克服移动物联网环境中的这种威胁。结果表明，当无人机协助基站将信息中继到所需的物联网节点时，可以在信道保密率方面实现巨大的改进。我们的方法与技术无关，可以扩展到解决其他通信安全问题。
2020-05-15 cs.SY eess.SP eess.SY
Power Efficient Visible Light Communication (VLC) with Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)
提出了一种将可见光通信（VLC）与无人机（UAV）相结合的新方法，以同时提供灵活的通信和照明。为了最小化功耗，在光照和通信约束下优化了无人机的位置和小区关联。提出了一种将原问题分解为两个子问题的有效次优解。第一个子问题被建模为一个经典的最小封闭盘问题，以获得最佳的位置，给定的细胞关联的无人机。然后，假设固定的无人机位置，第二子问题被建模为一个最小规模的聚类问题，以获得优化的小区关联。此外，所获得的UAV位置和小区关联被迭代地优化多次以降低功耗。数值结果表明，所提出的方法可以减少至少53.8%的总发射功率消耗相比，两个基线算法与固定的无人机位置。
2019-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Reinforcement Learning to Optimize the Logistics Distribution Routes of Unmanned Aerial Vehicle
University of Southampton（南安普顿大学）
无人机（UAV）在货物配送中的路径规划方法因其灵活性，适用于客户与配送节点之间“最后一公里”的多种情况而受到业界和学术界的极大关注。然而，这种复杂的情况仍然是传统的组合优化方法的一个问题。针对多禁飞区复杂环境下无人机的航迹规划问题，在现有强化学习（RL）方法的基础上，提出了一种改进方法。改进的方法利用了注意力机制，并且包括作为编码器的嵌入机制和三种不同宽度的束搜索（即，1、5、10）作为解码器。策略梯度被用来训练强化学习模型，以获得推理过程中的最优策略。结果表明，该模型在这类复杂情况下的应用是可行和有效的。将该模型与优化求解器OR-tools得到的结果进行比较，提高了配电系统的可靠性，对无人机的广泛应用具有指导意义。
2020-04-21 cs.LG eess.SP math.OC
Online Maneuver Design for UAV-Enabled NOMA Systems via Reinforcement Learning
研究了一种无人机上行链路非正交多址接入系统，地面上的多个移动用户通过非正交多址传输向空中的无人机发送独立的消息。我们的目标是设计无人机动态机动最大化的总和速率吞吐量的所有移动地面用户在有限的时间范围内。
2020-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
