多无人机MANETs协同应急网络

The background of our research is to provide temporary network coverage for emergency by cooperative multi-UAV MANETs. According to the issues in the existing study, to realize temporary network recovery and to provide network access service in areas without communication facilities, the project explores the cooperation issues: (1) the U-MANETs communication architecture of temporary network coverage for emergency; (2) the dynamic gateway programming: sub-network splitting, coalition and so forth according to end-user mobility; (3)flying path of UAVs cooperatively by means of predicting traffic dynamic of gateways. The project is filled with the important theoretical value and offers insightful guidance to the design of U-MANETs for network coverage for emergency.

本课题以提供应急网络覆盖的多无人机移动自组织网络(U-MANETs)协同为研究背景。针对现有理论通过部署U-MANETs实现：自然灾害和重大事故后的临时通信网络恢复；为无通信基础设施地域提供临时网络接入服务等目标。本课题开展了以下针对协同网络覆盖的科学问题: (1)根据用户通信需求，提出以临时网络覆盖为目标的U-MANETs网络架构模型;(2)研究在引入UAV后动态网关规划问题：子网划分、合并等；(3)研究自适应终端用户通信量变化的多无人机协同工作模型。通过本项目实际硬件平台的构架和对关键技术问题的理论研究，预期通过U-MANETs提供临时网络覆盖时，实现多无人机能够通过预测网关流量下协同工作，自适应移动用户变化。项目预期成果将为该领域的拓展研究提供分析框架和理论依据，具有重要理论价值和实际意义。

基于多无人机的移动自组织网络（U-MANETs）能够为自然灾害和重大事故后的无通信基础设施地域提供应急网络接入等服务，主要解决在无法预测地面通信量分布，无法预测地面用户动态移动变化等情况下，多无人机协同自适应移动问题。本项目主要研究内容为：U-MANETS通信系统架构与设计，研究基于空中多无人机-地面多路由器-地面用户组成的网络通信架构；自适应U-MANETs应急通信系统理论研究模型，研究地面路由器层网关自适应选择、多无人机协同自适应动作选择；以及实验系统仿真和实验平台验证。本项目的主要研究成果为：.（1）.建立了提供网络覆盖的多无人机的移动自组织网络 U-MANETs 通信系统架构模型，包括用户与路由器之间、路由器与路由器之间、路由器与无人机之间，无人机与无人机之间通信媒介的选择，以及无人机飞控与信息采集模块集成等。.（2）.可以利用传统博弈论方法建立多无人机移动模型，但通常面临动作策略空间随着智能体个数指数级增大等问题，本方案在假设路由器和无人机实时位置、通信量等信息已知情况下，针对多无人机移动自适应动态环境问题，提出了完全信息博弈模型，分析了博弈模型复杂度，并结合网络特点，设计了一种筛选无人机劣势移动策略从而减小计算复杂度的博弈算法。仿真实验表明，方案明显提高了最优策略计算效率。.（3）.采用机器学习方法，如强化学习，是解决续贯决策问题的主流方案。该课题在假设无人机之间能够相互通信情况下，针对多无人机移动自适应动态环境问题，提出了基于强化学习Sarsa的飞行路径学习方案，从而最大化应急网络生存时间。仿真实验表明，方案明显提高了网络生存时间。