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计算机科学 > 网络与互联网架构

arXiv:2501.05742 (cs)
[提交于 2025年1月10日 ]

标题: 基于两阶段优化方法的低空经济中无人机蜂群协同灾后通信

标题: UAV Swarm-enabled Collaborative Post-disaster Communications in Low Altitude Economy via a Two-stage Optimization Approach

Authors:Xiaoya Zheng, Geng Sun, Jiahui Li, Jiacheng Wang, Qingqing Wu, Dusit Niyato, Abbas Jamalipour
摘要: 低空经济(LAE)在货物运输、医疗保健、基础设施检查以及特别是灾后通信中发挥着不可替代的作用。 具体而言,无人驾驶飞行器(UAVs)作为LAE的核心技术之一,可以被部署以提供通信覆盖、促进数据收集并为被困用户中继数据,从而显著提高灾后响应的效率。 在本文中,我们设计了一个高效且鲁棒的无人机群启用的协作自组织网络,以促进灾后通信。 具体来说,地面设备将数据传输给无人机群,然后无人机群使用协作波束成形(CB)技术形成虚拟天线阵列,并高效地将数据中继到远程接入点(AP)。 然后,我们制定一个以救援为导向的灾后传输速率最大化优化问题(RPTRMOP)。 接着,我们提出一种两阶段优化方法来解决它。 在第一阶段,推导出最优的流量路由和网络传输速率的理论上限。 在第二阶段,我们将制定的RPTRMOP转换为一个名为V-RPTRMOP的变体,并提出一种基于扩散模型的粒子群优化(DM-PSO)算法来处理V-RPTRMOP。 仿真结果表明所提出的两阶段优化方法在提高构建网络的传输速率方面的有效性,这展示了其在灾后通信中的巨大潜力。 此外,还通过评估两种意外情况对系统传输速率的影响,验证了构建网络的鲁棒性。
摘要: The low-altitude economy (LAE) plays an indispensable role in cargo transportation, healthcare, infrastructure inspection, and especially post-disaster communication. Specifically, unmanned aerial vehicles (UAVs), as one of the core technologies of the LAE, can be deployed to provide communication coverage, facilitate data collection, and relay data for trapped users, thereby significantly enhancing the efficiency of post-disaster response efforts. In this paper, we design an efficient and robust UAV-swarm enabled collaborative self-organizing network to facilitate post-disaster communications. Specifically, a ground device transmits data to UAV swarms, which then use collaborative beamforming (CB) technique to form virtual antenna arrays and relay the data to a remote access point (AP) efficiently. Then, we formulate a rescue-oriented post-disaster transmission rate maximization optimization problem (RPTRMOP). Then, we propose a two-stage optimization approach to address it. In the first stage, the optimal traffic routing and the theoretical upper bound on the transmission rate of the network are derived. In the second stage, we transform the formulated RPTRMOP into a variant named V-RPTRMOP, and a diffusion model-enabled particle swarm optimization (DM-PSO) algorithm is proposed to deal with the V-RPTRMOP. Simulation results show the effectiveness of the proposed two-stage optimization approach in improving the transmission rate of the constructed network, which demonstrates the great potential for post-disaster communications. Moreover, the robustness of the constructed network is also validated via evaluating the impact of two unexpected situations on the system transmission rate.
主题: 网络与互联网架构 (cs.NI) ; 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2501.05742 [cs.NI]
  (或者 arXiv:2501.05742v1 [cs.NI] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.05742
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Geng Sun [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 10 日 06:17:07 UTC (3,573 KB)
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