摘要：无人机作为低空智联网的重要组成部分,在无线通信领域已经被广泛应用,然而在无人机网络规模和拓扑结构的不断变化时,现有解决方案常常遭遇诸多挑战,如收敛速度缓慢、实时响应能力不足、训练成本高昂以及泛化能力受限等。针对这些问题,本文提出了一种基于图神经网络(Graph neural network,GNN)的无人机网络观测表征和决策方案。研究首先通过图建模方法对无人机与其观测实体之间的关系进行建模,设计了一种基于GNN的表征方案,并利用机器学习算法进行预训练,以适应动态变化的观测空间。针对决策空间的动态特性,进一步提出了一种基于边决策的GNN模型,该模型通过图建模及边权重拟合,以增强对动态决策空间的适应性。此外,通过两个无人机网络案例的研究,本文验证了所提出方案的有效性和先进性,展现了其在实际无人机网络应用中的潜力。

摘要：为解决公网设施缺失、卫星信号不稳等应急场景下,信息无法及时回传与上报的问题,针对信息采集与传输能力受能耗制约的应急无人机网络,提出了一种面向信息时效性的信息采集和传输调度机制。引入了信息年龄作为信息时效性的衡量指标和约束,构建了以最小化无人机信息采集和传输能耗为目标的随机优化问题。基于Lyapunov优化理论,设计了信息时效性约束的虚拟队列,将原问题转化为保证系统稳定前提下的无人机数据采集与传输控制2个子问题,并分别提出了对应的启发式算法。仿真结果表明,相较于传统的队列调度方案,所提算法在保证信息时效性在一定范围的前提下,具备更快的收敛速率和更低的系统平均能耗开销。

摘要：随着无人机技术的发展,无人机网络日益普及,无人机网络安全也越来越受到人们的关注。解决无人机网络的安全问题,研究和设计安全、高效且轻量级的认证密钥协商协议至关重要。2021年,HUSSAIN等人提出一种基于椭圆曲线加密算法的无人机网络认证密钥协商协议,但该协议存在无人机伪装攻击、会话密钥泄露等安全问题。基于此,文章提出一种基于多因子的认证密钥协商协议,利用安全概略算法和椭圆曲线加密算法解决HUSSAIN等人协议的安全威胁,且可实现访问控制。安全分析、安全证明及仿真实验表明,该协议的计算开销和通信开销虽然略有增长,但安全性更高。

摘要：针对无人机通信网络中的干扰对抗问题,提出了一种基于分层博弈的自适应频谱接入优化机制。考虑到无人机网络节点的动态特性,将干扰器视为分层博弈领导者,无人机用户视为分层博弈跟随者,不同层级间博弈参与者具有不同的效应函数,采用斯坦伯格均衡分析所构建的博弈并证明了均衡解的存在性和唯一性。在此基础上设计一种分层信道选择学习算法来求解博弈的均衡解,并分析其收敛性能。仿真表明,所提算法能使网络节点智能地调整信道选择策略,从而获得良好的吞吐量性能。

摘要：无人机与有人机混合编队协同作战可提高作战效能,但需要无人机与有人机之间进行稳定的数据连接,将战场态势快速传输至有人机。为此,建立一种基于博弈论的单一价格多属性投标模型,以通信范围内邻居节点的招投标方式,将传输节点的选择过程抽象为招标模型。从节点能量属性、链路稳定性及转发角度出发,设计招投标节点的评分函数和收益模型,最终经过比较多个投标节点的质量属性和投标价格选择最佳节点完成招标节点的数据转发。通过博弈分析证明数据转发算法是激励相容的,可确保节点以真实报价参与到数据转发过程中。仿真结果表明,与GPSR算法及AMIM算法相比,该算法在保证网络能耗均衡与链路稳定性的同时,能提高网络生存时间,适用于无人机与有人机混合编队协同作战通信环境。

摘要：为了解决大规模无人机集群组网中的网络资源有限、有效分配网络资源难度大的问题,本文针对任意对无人机收发节点构成的通信网络,联合考虑时域、频域、空域,提出了一种基于图着色的三维网络资源分配算法。具体的,本文利用方向回溯阵列天线在传统时频二维网络资源划分的基础上开辟空间维度,得到三维网络资源划分问题。为了解决该三维资源分配问题,本文首先将其建模为图着色问题,然后提出了启发式和贪婪式两种复杂度不同、适应场景也不同的图着色算法,并进一步设计了由着色结果到网络资源分配方案的映射算法。仿真结果验证了所提方法的有效性,相较于传统时分多址接入和时频二维资源分配而言,大大提高了吞吐量和传包成功率。

摘要：针对无人机自组织网络视频业务传输的低时延需求,设计一种轻量级的最低时延保障接入协议(LADP)。该协议结合无人机作战网络动态性强、节点密度小的特点,采用多RTS周期、单CTS周期的特殊时隙结构和协同式的信道竞争机制。仿真结果表明,在载荷λ≤0.8的典型无人机网络条件下,LADP协议的最大分组接入时延控制在55 ms以下,可为视频业务提供良好的传输保障。

摘要：该文中提出了一种速度可控的虚拟力模型,考虑了节点运动状态与虚拟力间的关系,通过引入速度反馈作用力对节点的运动状态进行控制。该虚拟力模型中节点的运动能够较为准确的描述节点在移动部署过程中的运动特征。在此虚拟力模型的基础上,为了能够实现对兴趣点的快速覆盖,同时维持较好的网络连通特性,设计了一种兴趣点覆盖的移动部署算法。该算法通过节点设置标志值,避免了因兴趣点作用力过大造成节点分布集中的问题,增大了网络通信覆盖范围,维持了较好的网络连通性。

摘要：在分析无人机网络位置感知路由协议AeroRP基础上,探究了其主动监听、呼叫信标、地面站更新以及确定下一跳节点等协议执行阶段可能存在的安全隐患,包括节点不合作、被敌方篡改网络层数据包MAC地址、伪造信标或者截获地面站发送的无人机节点位置信息等攻击行为。本文将基于密码体制和基于信任评估机制的安全解决方法结合起来,应用于位置感知路由协议的设计,有效增强了其安全性,进而可以提升联合作战环境下我战术无人机网络节点间通信传输的安全性和时效性。

摘要：在无人机网络中,由于节点具有较强的移动性,导致网络空洞出现的可能性和随机性增加,一般的地理辅助路由协议往往无法满足网络需求。为此,本文提出一种基于包回传的分段优化机制。该机制根据路径采取的转发策略设置分段点,在后续通信回传的过程中对绕行部分进行优化,及时应对已存在或新出现的网络空洞,同时考虑实际情况下无人机的巡航能力,按照实际应用需求,设计更为合理的节点选择判据公式。仿真表明,本文算法与普遍应用的GPSR算法及改进算法BOPF算法相比,能够优化传输路径,降低端到端时延,提升网络性能。